我们来看一下支撑互联网运行、传送成百上千万份YouTube 视频、保持经济运转的大功率计算机服务器的功耗，从2000年到2005年，服务器使用的电能翻了一番，到2010年，可能再增长 75%。换一个角度来看，在 2005年，保持Google、微软、雅虎等互联网巨擘的数据中心运转所需的电量相当于 14 个 1000 MW 的发电厂发出的电量。

在美国，仅“服务器市场”消耗的电能就足够让 5 个这样的巨型发电厂日夜不停地运转。此外，IDC 最近发布的一份研究报告估计了全球由于计算而使用的电能，从这份报告可以推断出，2005 年，美国服务器市场消耗的电能是美国所发总电能的 1.2%。供电公司因这些电能消耗而进账 27 亿美元。从这些数据很容易理解，仅在美国，在这样的电量消耗水平上，每年节省 1% 就可能节省 2700 万美元！

大多数工业化国家都认识到需要节能。这是因为随着人口增加，对能量的需求也增加了，人们需要能量为新家的加热/冷却系统、照明和家用电气设备供电。不仅建立新的发电设施需要大量资金，将产生的电能输送到用户处也耗费大量成本。人们已经发现，与建立新的发电设施相比，将大多数电气设备目前的能耗降低 15% 至 20% 是更经济的做法。

更“绿色”的方式

由于建立新的发电设施需要高成本，因此很多国家已经采取了所谓的“绿色政策”，即鼓励制造商在最终产品中纳入节能技术。就用在节能 DC/DC 转换器设计中的电源管理集成电路而言，必须有两个主要特点。首先，必须有非常高的转换效率。其次，在备用和停机模式必须具有低静态电流以最大限度降低功耗。

一个集成电路的效率越高，它在转换过程中消耗的电能就越少。例如，考虑用在 DC/DC 转换器中两个不同的集成电路，假定向设备负载提供 5A/5V（25W）的电流和电压。如果第一个集成电路的效率为 95%，那么我们可以得出：

Pout/效率 = Pin，

或者，在这种情况下，Pin = 25/0.95 = 26.3W

如果第二个集成电路的效率仅为 77%，那么我们得出：

Pin = 25/0.75 = 33.3W

如我们所看到的那样，在这个例子中，能量差别是 7W。因此，在第二种情况下，必须多发 7W，才能为该设备供电。这不仅提高了对电能的需求，而且还给系统的热量设计增加了额外的负担，因为 DC/DC 转换器必须散出这些转换成热量的功耗。

类似地，如果一个 DC/DC 转换器具有大的静态电流，那么它在工作时就需要更多功率（和能量）。考虑一个采用 4 至 5 个不同负载点（POL）转换器的设备，总能耗很快就会达到一个不容忽视的功耗数字。通过降低静态电流，可以切实实现能量节省。

多年以来，在由电池供电的手持式产品领域，对这类电源管理集成电路的需求一直存在。不过现在，在电信和网络系统以及电视机、电冰箱等家用电气设备中，能实现高效率转换并具有低静态电流的集成电路也正在变得越来越流行。

为大功率系统节省功耗

在很多大功率系统中，空间和冷却系统的成本都很高。因此，就任何 POL 转换器而言，做到紧凑、高效率并具有低静态电流以满足新的“绿色”标准都是极端重要的。另外，很多微处理器和数字信号处理器（DSP）都需要一个内核电源和一个输入/输出（I/O）电源，这些电源在启动时必须排序。设计师们必须考虑在加电和断电操作时内核和 I/O 电压源的相对电压和时序，以符合制造商的性能规格要求。没有恰当的电源排序，就可能出现闭锁或过大的电流消耗，这有可能导致微处理器 I/O 端口损坏，或存储器、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、数据转换器等支持性器件的 I/O 端口损坏。

在高性能、大功率电源设计不断需要更多功率的同时，它们在可用电路板空间上却越来越受到限制。此外，功率密度给电源设计师带来了极大的挑战，不管设计师是否具有经验都一样。一般情况下，要求这些电源设计具有高于 90% 的转换率，以限制电源的功耗和温度。因此，电源设计的热性能尤其重要，因为只有很小的空间用来散出 DC/DC 电源转换损耗产生的热量，空气流动也有限。另外，这些电源必须有卓越的输出纹波和瞬态响应特性，同时还要限制所需的外部电容量，以减小电源设计的总体尺寸。

自上世纪 90 年代以来，凌力尔特公司一直在生产既具有高转换效率又具有低静态电流的电源管理集成电路。凌力尔特公司在很多电源管理集成电路中纳入了突发模式（Burst Mode）技术。这种技术最大限度地降低了集成电路本身在备用模式时所需要的电流。在很多情况下，备用静态电流低至 10uA~20uA。

用于更“绿色”系统的解决方案

自上世纪90年代以来，凌力尔特公司就一直在生产既具有高转换效率又具有低静态电流的电源管理集成电路。我们最近在这一领域推出的一些产品有 LTC3773、LTC3705/06、LTC3736-1 和 LTC3409。

LTC3773 是一种高效率、3 相 DC/DC 控制器，能够处理高达 36V 的输入，并能够以每相超过 15A 的电流支持单路、两路或三路 0.6V 至 5V 的输出电压。这些相位中的两个可以连接在一起以产生一个 30A 的输出，在这种情况下，两个通道可以反相工作，以最大限度地减小输入电容器上的压力。所有 3 个通道都可以调节单一输出，提供超过 45A 的电流。每个通道都可以按比例或一致配置单独跟踪，还可以用很少的外部组件顺序启动或禁止这些通道。所有 3 个通道都禁止时，该控制器在停机模式一般仅消耗 18uA 电流。在轻负载时，LTC3773 可以工作在突发模式以最大限度地提高效率，也可以工作在强制连续模式（恒定频率工作以实现最小纹波），或者在二者之间折衷，工作在脉冲跳跃模式。

开关频率可以锁相到 160kHz 至 700kHz 的外部频率源，或者可以用 PLLFLTR 引脚上的 DC 电压设置。也可用典型的 220kHz、400kHz 和 560kHz 引脚可选频率。不管在哪一种情况下，CLKOUT 引脚都表示了相对于通道 1 的开关频率处于 0°、60°至 180°的工作频率，在多个控制器 IC 从同一组输入电容器实现运作的场合，这是一个有用的特点。

在非常小的占板空间中需要 3 个 15 A 的输出时，LTC3773 是一个明显的选择。图 1 所示是单个控制器的原理图，用一个不严格稳定的电源提供 3 个低压、大电流输出。

图 1：LTC3773 的 3 个独立输出，用单一 4.5V 至 22V 电源提供 2.5V、1.8V 和 1.2V 电压

与单相开关稳压器相比，两相转换器加在输入电容器上的纹波电流较小，因此减小了尺寸和成本。这种方法让开关的电流脉冲交错，极大地缩短了重叠在一起的时间。较小的纹波电流意味着较低的功耗和较高的效率以及减少了电磁干扰。两相转换器还将有效的开关频率增加了一倍，从而降低了输出纹波电压。

为了全面实现这些好处，两个通道应该以 180o 反相工作。LTC3773 允许通道2 和通道 3 不同相工作，在这两个通道连接在一起形成一个大电流输出时，这是个非常有用的选项。例如，通道 1 的输出可能是 2.5V/15A，通道 2（通道 2 和通道 3 连接在一起）的输出可能是 1.8V/30A。第二个双相通道将展现卓越的电流共用效应，没有通道至通道的相互作用，输出纹波最小（在开关节点工作频率的 2 倍频处）。

凌力尔特公司还推出了适用于总线转换器应用的集成电路，如用于实现同步正向转换器的多相（PolyPhase） 副端控制器 LTC3706。当与凌力尔特公司的栅极驱动器和主端控制器 LTC3705 一起使用时，两个器件组合产生了一个完整的隔离式电源，这个隔离式电源兼有多相工作的优势和副端控制的高速度。

LTC3706 简化了高效率副端正向转换器的设计。LTC3705 和 LTC3706 形成了一个坚固和自启动转换器，无需副端控制应用中常用的独立偏置稳压器。此外，一个专有电路通过单个纤巧型脉冲变压器对栅极驱动信号以及隔离势垒两端的直流偏置电源进行多路转换。

用于 POL DC/DC 转换的另一个有趣的集成电路是 LTC3736-1，这是一个两相、双路同步降压型开关控制器，具有驱动外部互补功率 MOSFET 的跟踪功能。其具有 MOSFET VDS 检测的恒定频率、电流模式架构无需电流检测电阻，降低了成本，提高了效率。由于输入电容器的 ESR，让两个控制器不同相工作最大限度地降低了功耗和噪声。

LTC3736-1 独特的扩展频谱架构在 450kHz 至 580kHz 范围内随机改变开关频率，极大地降低了输入和输出电源上的峰值辐射和传导噪声，因此更容易符合国际 EMI 标准。脉冲跳跃工作提高了轻负载时的效率，100% 占空比实现了低压差工作。

LTC3409 是一种 600mA、高效率、单片同步降压型转换器，采用恒定频率、电流模式架构。除了同步到 1MHz 至 3MHz 外部时钟的内部锁相环，该器件还支持 1.5MHz 和 2.25MHz 的固定频率。这个开关频率范围允许使用小型表面贴装电感器和电容器。以突发模式工作时的电源电流仅为 60uA 至 80uA，停机时降至低于 1uA。1.6V 至 5.5V 输入电压范围使 LTC3409 非常适用于 5V、3.3V 或 2.5V 轨的 POL 应用。用锂离子电池输入，LTC3409 在输出电流高达 600mA 时能提供 1.5V 输出，具有超过 90% 的效率。

未来是“绿色的”

很明显，电气系统节能正在成为全球热点。发电成本和耗电成本的节省太令人关注了，这个世界上谁都不能忽视这个问题。很多电源管理集成电路供应商都在积极迎接这一挑战。这些供应商采用了新的设计方法，其产品在数十安培负载电流时实现了高效率转换。同时，这些集成电路在备用或停机模式时，也实现了较低的静态电流。

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