在基于云的數據中心和RAID陣列中使用的許多機架安裝系統中，低DC總線電壓（例如3.3 V或5.0 V）是首選的主配電軌。為了在這些系統的主板上為FPGA，DSP處理器和其他ASIC等負載點（POL）IC供電，低直流母線電壓必須進一步降低至2.5 V或更低，并能夠提供高負載當前。此外，由于空間限制和熱管理挑戰，應用要求具有必須超快的負載階躍響應的緊湊封裝具有高轉換效率。從本質上講，這些系統板正在尋找完整的非隔離高效DC/DC解決方案，并占用PC板上非常小的空間。

為了滿足系統設計人員的這些和其他嚴格要求，德州儀器（TI），凌力爾特公司（Linear Technology）和Intersil等供應商已經準備好使用最少數量外部的集成降壓DC/DC轉換器模塊無源器件。

德州儀器（TI）已經發布了許多適合這些需求的簡單切換器。其中一個解決方案是LMZ31520，一個20 A DC/DC轉換器，可提供0.6 V至3.6 V的可調輸出電壓，效率高達96％。高功率Simple Switcher采用薄型QFN封裝（圖1）中的功率MOSFET，屏蔽電感和無源元件，僅使用三個外部元件即可提供具有低輸出電壓的完整降壓DC/DC模塊。

圖1：TI集成簡易開關LMZ31520的功能框圖。

使用VADJ和AGND引腳之間的外部電阻RSET，可以很容易地將LMZ31520的輸出電壓從0.6 V調節到3.6 V.產品數據手冊中的表格分別為輸入PVIN為12 V，5 V和3.3 V的歐姆提供了計算的RSET值。推薦的開關頻率為500 kHz，可通過保持FREQ_SEL引腳開路來配置。事實上，同一產品數據表中的另一個表提供了各種RFREQ電阻值的開關頻率值，當它連接在FREQ_SL引腳與PGND或V5V引腳之間時。

從3.3 V電源供電

由于目前幾種應用必須使用3.3 V電源軌，因此較低輸入電壓的DC/DC轉換器正變得越來越流行。雖然這種電源可以有效地切換較低的輸入電壓，但它們仍然需要更高的偏置電壓來驅動一些內部電路。因此，從3.3 V軌道容易產生更高偏置電壓的能力變得越來越重要。為了簡化這項任務，TI提供TPS60151，一個輸入范圍為2.7 V至5.5 V的電荷泵。因此，它可以將3.3 V輸入升壓至5.0 V輸出，電流高達150 mA。由于空間非常重要，它采用緊湊的2 x 2 mm QFN封裝。

因此，當從3.3 V總線為LMZ31520供電時，TPS60151可用于為轉換器模塊產生偏置電壓如圖2所示。為此，LMZ31520提供兩個輸入引腳PVIN和VIN。引腳PVIN專為開關電壓輸入而設計，引腳VIN處理輸入偏置電壓。由于輸入切換電壓PVIN是轉換為較低輸出電壓的電壓，因此需要更高的電流。同樣，輸入偏置電壓VIN為器件的內部電路供電，并且它需要相對少量的電流。

圖2：當輸入電壓為3.3 V時，電荷泵TPS60151為LMZ3器件產生5.0 V偏置電壓使用5.0 V總線為轉換器供電時，輸入對PVIN和VIN引腳都是通用的。在這種情況下，兩個引腳連接在一起，形成一個5.0 V或更高的輸入，如圖3所示。可以看出，對于1.2 V輸出，RSET值為1.43kΩ，FREQ-SEL引腳打開開關頻率為500 kHz。

圖3：輸入電壓為4.5 V或更高時使用LMZ31520的典型應用原理圖在這種情況下，引腳PVIN和VIN連接在一起以進行公共輸入。

對于輸出端要求高于20 A的應用，TI提供引腳兼容版本LMZ31530。作為Simple Switcher LMZ3系列的一員，其輸入和輸出電壓規格與LMZ31520相似，能夠提供高達30 A的輸出電流。

兩個版本都具有超快速負載階躍響應。數據表顯示，對于2.5 A/μs負載步長，IOUT為25％至75％，恢復時間為30μs。同樣，降壓型Simple Switcher模塊旨在提供高達96％的轉換效率。

其他來源

如果您的應用需要在低輸入和輸出電壓下輸出電流略低，凌力爾特公司已準備好LTM4611， μModule穩壓器，采用纖巧的15 x 15 x 4.32 mm LGA封裝，提供完整的開關模式DC/DC解決方案。如圖4所示，它使用一些輸入和輸出電容，在1.8 V至5.5 V的輸入電壓下以高效率提供高達15 A的電流。另外，μModule的低輸出電壓可在0.8 V和5.0 V之間調節通過外部電阻RSET。對于1.5 V輸出，RSET為69kΩ，如圖所示。產品數據表中的表格提供各種輸出電壓的RSET值。內置差分讀出放大器可確保輸出電壓在輸入電壓VIN的300 mV范圍內嚴格調節。

圖4：線性μModule穩壓器LTM4611使用少量外部無源器件從輸入提供完整的15 A開關模式降壓DC/DC解決方案 - 1.5 V至5.5 V的電壓范圍。輸出電壓1.5 V，由外部電阻RSET設置。

根據供應商的說法，高開關頻率和電流模式架構使轉換器能夠提供對線路和負載變化的非常快速的瞬態響應，而不會影響穩定性。該器件的數據表顯示，對于動態負載步驟，該單元可以在40μs內穩定下來。從低負荷到滿負荷，整體效率優于91％，峰值為94％。

另一種低輸入和低輸出集成降壓轉換器解決方案，但輸出電流較低，來自Intersil。它的ISL8203M是一個6 A版本，只需要幾個外部組件即可完成解決方案。與其他產品一樣，它在緊湊的QFN封裝中集成了PWM控制器，同步開關MOSFET，電感器和無源元件，可最大限度地提高效率并最大限度地減少外部元件數量。 ISL8203M的電源電壓范圍為2.85 V至6.0 V，優化用于產生低至0.8 V的低輸出電壓。降壓轉換器的雙輸出可以組合在一起，從單個低輸出電壓獲得6 A，如圖所示圖5.功率模塊的效率最高可達95％，瞬態響應速度很快。

圖5：ISL8203M是一個集成的降壓模塊轉換器模塊經過優化，可在中等輸出電流下產生低輸出電壓。

總結

對于需要高輸出電流的POL應用低壓輸入，許多半導體供應商已準備好集成的降壓DC/DC轉換器模塊，可提供低輸出電壓，高效率和超快響應。更重要的是，這些集成模塊采用封裝，占用PC板上占用的空間很小。