Dong Wang

0 引言

现场可编程门阵列（FPGA）、片上系统（SoC）和微处理器等数据处理IC在电信、网络、工业、汽车、航空电子和国防系统领域的应用不断扩大。这些系统的一个共同点是处理能力不断提高，导致原始功率需求相应增加。设计人员很清楚高功率处理器的热管理问题，但可能不会考虑电源的热管理问题。与晶体管封装处理器类似，当低内核电压需要高电流时，热问题在最差情况下不可避免——这是所有数据处理系统的总体电源趋势。

1 DC-DC转换器需求概述：EMI、转换比率、大小和散热考虑

通常，FPGA/SoC/微处理器需要多个电源轨，包括用于外围和辅助电源的5 V、3.3 V和1.8 V，用于DDR4和LPDDR4的1.2 V和1.1 V，以及用于处理核心的0.8 V。产生这些电源轨的DC-DC转换器通常从电池或中间直流母线获取12 V或5 V输入电压。为了将这些电源直流电压降至处理器所需的更低电压，就要选用开关模式降压转换器，因为其在大降压比时效率高。开关模式转换器有数百种类型，但很多都可分为控制器（外部MOSFET）或单片稳压器（内部MOSFET）。我们先看前者。

2 传统控制器解决方案可能不符合要求

传统开关模式控制器IC驱动外部MOSFET，包含外部反馈控制环路补偿元件。由此产生的转换器效率很高且功能多样，同时提供高功率，但所需的分立元件数量使得设计相对复杂且难以优化。外部开关也会限制开关速度，在空间宝贵的情况下这是一个问题，比如在汽车或航空电子设备环境中，因为较低的开关频率会导致整个元件体积较大。

另一方面，单片稳压器则可以极大地简化设计。……