系統(tǒng)電源設(shè)計正變得越來越復(fù)雜，趨勢仍然是成本、可靠性、效率、易用性和功率密度(每單位體積的輸出功率)。

通常情況下，系統(tǒng)設(shè)計人員將電源設(shè)計作為其設(shè)計的最后階段只是為了意識到在 CPU/DSP、內(nèi)存、芯片組、主機處理器/FPGA 和其他系統(tǒng)組件區(qū)域被修復(fù)后沒有太多空間。

最重要的是，從輕載到滿載的效率必須盡可能高，以節(jié)省電力，并且電源解決方案必須具有出色的散熱性能，尤其是在可能暴露于不斷升高的環(huán)境溫度的系統(tǒng)中高達(dá) +85 攝氏度，或者更高。

例如，如今的嵌入式計算機在小巧的外形中包含很多功能，例如 COM Express 模塊，其中 CPU 核心電流可超過 90 安培!

德州儀器 (TI) 開發(fā)了一種名為 PowerStack 的獨特專有 MOSFET 封裝技術(shù)，有助于提高效率、熱性能、易用性、功率密度和可靠性。

Power Stack 是一種通過銅夾將高側(cè) NexFET 和低側(cè) NexFET 垂直堆疊到 IC 引線框上的技術(shù)。封裝是封裝的，因此從 IC 上看會看到很多塑料，但在 PowerStack 封裝內(nèi)部有兩個用作散熱器的銅夾：一個從 VIN(電源總線輸入)連接到高側(cè) NexFET 漏極，以及另一個從高側(cè) NexFET 源極連接到開關(guān)節(jié)點和低側(cè) NexFET 漏極。VIN 和 IC 接地(封裝底部的銅焊盤)之間的所有連接都是用焊料制成的，因此金屬對金屬連接極大地有助于 PowerStack 封裝中的功率傳輸和散熱。因為連接是金屬對金屬(銅夾和焊料)，而不是導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂(導(dǎo)熱膠)，與使用熱環(huán)氧樹脂的封裝相比，結(jié)到外殼的熱阻抗要低得多，而且可靠性要高得多。熱環(huán)氧樹脂因隨著環(huán)境和 PCB 溫度的變化而收縮和膨脹而臭名昭著，這可能導(dǎo)致芯片分層，從而導(dǎo)致潛在的災(zāi)難性故障。

如前所述，Power Stack 使用金屬對金屬;高側(cè)和低側(cè) NexFET 之間沒有引線鍵合。Wire Bonds 引入了更多的電感，這會導(dǎo)致額外的功率損耗和較低的效率，從而導(dǎo)致更差的熱性能。因此，由于 PowerStack 封裝電感較低，使用 PowerStack 的 dc/dc 轉(zhuǎn)換器或分立式 PowerBlock(TI 的雙 MOSFET 版本 - 半橋)可以以 2 倍于分立式 MOSFET 設(shè)計的開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)，而無需折衷關(guān)閉效率。事實上，效率更高，而且由于開關(guān)頻率增加了一倍，功率密度也高了很多。這是雙贏的局面!

最后但同樣重要的是：成本和易用性。在比較解決方案成本時，謹(jǐn)慎的設(shè)計人員總是比較總的解決方案成本。PowerStack 可實現(xiàn)更小的 PCB 面積，因此可以實現(xiàn)更小的外形尺寸設(shè)計，從而降低 PCB 成本，并且由于它可以以高達(dá) 1.5MHz 的非常高的開關(guān)頻率進(jìn)行切換，因此可以實現(xiàn)更小、成本更低的產(chǎn)品輸出濾波器。

頂層 PCB 設(shè)計和熱管理也容易得多：Power Stack 在封裝底部只有一個實心大銅焊盤，即接地連接。競爭對手的雙 FET 在封裝底部使用多達(dá)三個焊盤(通常一個用于 VIN，一個用于開關(guān)節(jié)點，一個用于接地)，從而使頂部 PCB 層布局更加復(fù)雜，因為三 (3) 個獨立的 PCB必須使用孤島，而只有一 (1) 個 PowerStack 封裝。

封裝底部的 PowerStack 接地焊盤也可以通過過孔輕松連接到 PCB 內(nèi)部接地層，實現(xiàn)出色的熱管理，遠(yuǎn)離 PCB 頂層，而分立的高側(cè)和低側(cè) NexFET 必須耗散一些開關(guān)節(jié)點島所在的 PCB 頂層的熱量。

使用 PowerStack 的 TI PowerBlock 已在 12VIN、1.2VOUT、350KHz Fsw 和 135 安培輸出電流(25 度環(huán)境溫度)下為高電流微處理器供電的服務(wù)器實現(xiàn)了約 92% 的效率!

CSD87350Q5D 40A PowerBlock 在標(biāo)準(zhǔn) 5x6 QFN 封裝中使用 Power Stack。它被 Electronic Products 和 ECN 技術(shù)出版物評為 2010 年度最佳電源產(chǎn)品。要查看功率密度和熱性能優(yōu)勢，請參閱 TPS53219 PWM 控制器 EVM 用戶指南;此設(shè)計使用 25V CSD86350Q5D PowerBlock 。

還有 3x3 QFN 版本，例如 CSD87330Q3D 或 CSD87331Q3D

Texas Instruments 有幾個使用 PowerStack 的大電流降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。TPS53355/53 是引腳到引腳 30A/20A 同步降壓 dc/dc 轉(zhuǎn)換器在 5x6 QFN 中使用電源堆棧。它們采用 TI 專有的 DCAP 控制模式和 Eco Mode 技術(shù)以實現(xiàn)無環(huán)路補償網(wǎng)絡(luò)、最少的大容量輸出電容器數(shù)量以及從輕負(fù)載(mA 安培)到滿載(高達(dá) 30A 安培)的高效率。

對于需要使用 PowerStack 但具有更傳統(tǒng)控制拓?fù)涞慕祲?dc/dc 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計人員，TPS56221/121 25A/15A 引腳對引腳同步降壓 dc/dc 轉(zhuǎn)換器， 可用于 5x6 QFN。它們采用電壓模式控制，是 TI 的 SWIFT 系列 dc/dc 轉(zhuǎn)換器的一部分。

使用 PowerStack 可實現(xiàn)高功率密度、高效率、出色的熱性能、易于布局和使用以及高可靠性。