引言
包含網際網路運行、傳送數百萬個YouTube影片、並保持經濟運轉的高功率電腦伺服器的功耗，從2000年到2005年所消耗的電能已呈現倍數成長，甚至2010年時，可能又會再成長75%。如果我們從另一角度說明，2005年中，使Google、微軟、雅虎等網際網路巨擘之資料中心運轉所耗費的電量，便相當於14個1000MW發電廠所發出的電能。
以美國而言，僅“伺服器市場”所消耗的電能，就足以使5個上述的巨型發電廠日夜不停地運轉。IDC最近發表了一份研究報告針對全球用於運算功能而消耗的電能進行估計，而從這份報告可推斷出，2005年美國伺服器市場消耗的電能是美國所發總電能的1.2%，電力公司因這些電源之消耗所得，將進帳27億美元。從這些資料顯示，光就美國而言，基於此種電量消耗之水準，如果每年可節能1%，便可節省2700萬美元！
大多數工業化國家都體認到節能的重要性，因為隨著人口增加，對能量的需求也增加，人們需要能量來供電家中的加熱/冷卻系統、照明和家用電氣設備。設立新的發電設施不僅需要大量資金，將電能輸送到用戶處也將耗費大量成本。現在，大家都認同與其建立新的發電設施，不如將大多數電氣設備的電能消耗降低15%至20%，將是更具經濟效益的做法。
更為“綠色節能"的方式
由於建立新的發電設施需要高成本，因此很多國家採取所謂的“綠色政策”，亦即鼓勵製造商在終端產品中加入節能技術。而針對節能DC/DC轉換器設計中的電源管理IC而言，其必須擁有兩個主要特性。首先，其必須具備非常高的轉換效率，此外，在待機和關機模式下，必須具有低靜態電流能力，以將功耗降至最低。
IC效率越高，所消耗於轉換過程中的電能變越低。舉例而言，試想用於 DC/DC轉換器中的兩個不同IC，其能於 5A時提供5V(25W)至設備負載。如果第一個IC效率為95%，則可得出：
Pout/效率 = Pin，
或者，在這種情況下，Pin = 25/0.95 = 26.3W
如果第二個IC效率僅為77%，則：
Pin = 25/0.75 = 33.3W
在此例中，能量差異為7W。因此，在第二種情況下，必須多產生7W才能為該設備供電。這不僅提高了對電能的需求，而且也為系統的散熱設計增加了額外的負擔，因為DC/DC轉換器必須散發出這些轉換成熱量的功耗。
同樣地，如果一個DC/DC轉換器擁有高靜態電流，則其操作所需功率(和能量)便更高。試想一個採用4至5個不同負載點(POL)轉換器的設備，總能耗將很快速地達到一個很高的功耗數字。透過降低靜態電流，則可實際的節省能量。
多年以來，透過電池供電的可攜式元件領域，對這類電源管理IC的需求一直存在。然而，對於電訊和網路系統、以及電視、冰箱等家用電氣設備中，具備高效率轉換，同時擁有低靜態電流的IC，也正變得越來越普遍化。
為高功率系統節省功耗
在很多高功率系統中，空間和冷卻系統的成本都很高。因此，就任何POL轉換器而言，能以精小、高效率及低靜態電流來滿足新“綠色”標準是相當重要的。此外，許多微處理器和數位訊號處理器(DSP)都需要一個核心電源和一個輸入/輸出(I/O)電源，這些電源必須於啟動時定序。設計師們必須考慮在供電和斷電操作時核心和I/O電壓源的相對電壓和時序，以符合製造商的性能規格要求，如果缺乏適當的電源定序，便可能出現鎖住或過量的電流消耗，而可能導致微處理器I/O埠損壞，或記憶體、可編程邏輯元件(PLD)、現場可編程閘陣列(FPGA)、資料轉換器等支援性元件的I/O埠損壞。
在高效能、高功率電源設計持續要求更多功率的同時，其於電路板上的空間卻越來越受限。此外，不論設計者是否經驗豐富，功率密度也為電源設計者帶來了極大挑戰。在一般情況下，這些設計被要求需具備高於90%的轉換率，以限制電源的功耗和溫度。因此，電源設計的散熱效能尤其重要，因為其只擁有極小的空間來散發DC/DC電源轉換損耗產生的熱量，且空氣流動也相當有限。另外，這些電源必須具備絕佳的輸出漣波和暫態響應特性，同時還必須限制所需的外部電容，以減小電源設計的整體尺寸。
從1990年中以來，凌力爾特積極生產既具有高轉換效率、且具有低靜態電流的電源管理IC。凌力爾特在其多款電源管理IC中加入了Burst Mode技術。這種技術能將IC本身在於待機模式時所需的電流降至最低，在很多情況下，待機靜態電流可低至10uA至20uA。
用於更“節能”系統的解決方案
針對既具有高轉換效率，又具有低靜態電流的電源管理IC，凌力爾特最近推出了以下相關產品: LTC3773、LTC3705/06、LTC3736-1 和 LTC3409。
LTC3773為一款高效率、3相DC/DC控制器，其能處理高達36V的輸入，並能以每相位超過15A的電流支援單相、兩相或三相0.6V至5V的輸出電壓。三個相位中的其中兩個可連接在一起以產生30A輸出，在這種情況下，兩個通道可以反相工作，以將輸入電容上的壓力降至最低。所有3個通道均可調節單一輸出，提供超過45A的電流。而每個通道皆可按比例、或以一致性配置被各別追蹤，並可透過極少外部元件依序啟動或關閉這些通道。當3個通道都關閉時，該控制器在關機模式下典型僅消耗18uA電流。於輕負載時，LTC3773可以Burst Mode操作，以達到最高效率，也可以工作在強制連續模式(恒定頻率操作以達到最小漣波)，或者採取二者之折衷，亦即脈衝跳略模式。
切換頻率可以鎖相至160kHz至700kHz的外部來源，或以PLLFLTR引腳上的DC電壓設定，也可透過典型的220kHz、400kHz和560kHz針腳可選頻率。不論何種情況，CLKOUT針腳都顯示相對於通道1的開關頻率係處於0°、60°至180°的操作頻率，在多個控制器IC從同一組輸入電容運作的情況下，這是一個實用的特性。
當在非常小的接腳站位中需要3個15A輸出時，LTC3773是一個理想選擇。圖 1顯示單一控制器知原理圖，其可從單一寬廣輸入的電源提供3個低壓、高電流輸出。
圖 1：LTC3773的3個獨立輸出，以單一4.5V至22V電源提供2.5V、1.8V及1.2V電壓
與單相開關穩壓器相比，2相轉換器加在輸入電容上的漣波電流較小，因此可縮減尺寸和成本。這種方式讓開關電流脈衝交錯，大幅縮短了重疊時間。較低的漣波電流意味著較低的功耗和較高的效率，以及電磁干擾的減少。2相轉換器還能有效率地將開關頻率加倍，從而降低了輸出漣波電壓。
為了全面實現這些好處，此兩通道應以180o反相操作。LTC3773允許通道2和通道3反相操作，這是當這兩個通道連接在一起以形成單一、高電流輸出時，非常有用的選項。例如，通道1的輸出可能是2.5V@15A，通道2(通道2和通道3連接在一起)的輸出可能是1.8V@30A。第二個雙相通道將展現卓越的電流分享效應，沒有通道對通道的相互作用，輸出漣波最小(在開關節點工作頻率的2倍頻率處)。
凌力爾特公司還推出了適用於匯流排轉換器應用的IC，如用於實現同步順向轉換器的多相(PolyPhase)二次側控制器LTC3706。當與凌力爾特公司的閘極驅動器和主控制器LTC3705撘配使用時，兩個元件組合可形成完整的隔離式電源，這個隔離式電源同時具備PolyPhase操作、以及二次側控制速度之優勢。
LTC3706簡化了高效率二次側順向轉換器之設計。LTC3705和LTC3706形成了一個堅固、自我啟動之轉換器，無需二次側控制應用中常見的獨立偏壓穩壓器。此外，一個專利電路，可透過單個纖巧型脈衝變壓器對閘極驅動訊號及隔離兩端的直流偏壓電源進行多路轉換。
用於POL DC/DC轉換的另一個有趣IC是LTC3736-1，其為一款2相、雙路同步降壓開關控制器，具有驅動外部互補功率MOSFET的追蹤功能。其具有MOSFET VDS檢測的固定頻率、電流模式架構，無需電流檢測電阻，因此能降低成本，提高效率。其輸入電容ESR能使兩個控制器不同相操作，而能將功耗和雜訊降至最低。
LTC3736-1獨特的展頻架構，在450kHz至580kHz範圍內能隨機改變開關頻率，大幅降低了輸入和輸出電源上的峰值輻射和傳導雜訊，因此更容易符合國際EMI標準。脈衝跳略操作能提高輕負載時的效率，100%工作周期更能達到低壓差操作。
LTC3409是一款運用固定頻率、電流模式架構之600mA、高效率、單晶同步降壓轉換器。除可同步化至1MHz至3MHz外部時脈的內部鎖相迴路外，該元件並支援1.5MHz和2.25MHz的固定頻率。其開關頻率範圍允許使用小型表面黏著電感及電容。以Burst Mode操作時，供應電流僅60uA至80uA，關機時則降至低於1uA。此1.6V至5.5V的輸入電壓範圍使LTC3409非常適用於5V、3.3V或2.5V電源端的POL應用。透過鋰離子電池輸入，LTC3409在輸出電流達600mA時能提供1.5V輸出，效率超過90%。
未來是“綠色的”
很明顯的，電氣系統節能正成為全球焦點－發電成本和耗電成本的節省，都相當令人關注，無人能忽視。許多電源管理IC供應商積極地迎接這一挑戰，這些供應商透過新設計方式，使其產品在數十安培負載電流時實現了高效率轉換，同時，這些IC也在待機或關機模式時，實現了較低的靜態電流。
包含網際網路運行、傳送數百萬個YouTube影片、並保持經濟運轉的高功率電腦伺服器的功耗，從2000年到2005年所消耗的電能已呈現倍數成長，甚至2010年時，可能又會再成長75%。如果我們從另一角度說明，2005年中，使Google、微軟、雅虎等網際網路巨擘之資料中心運轉所耗費的電量，便相當於14個1000MW發電廠所發出的電能。
以美國而言，僅“伺服器市場”所消耗的電能，就足以使5個上述的巨型發電廠日夜不停地運轉。IDC最近發表了一份研究報告針對全球用於運算功能而消耗的電能進行估計，而從這份報告可推斷出，2005年美國伺服器市場消耗的電能是美國所發總電能的1.2%，電力公司因這些電源之消耗所得，將進帳27億美元。從這些資料顯示，光就美國而言，基於此種電量消耗之水準，如果每年可節能1%，便可節省2700萬美元！
大多數工業化國家都體認到節能的重要性，因為隨著人口增加，對能量的需求也增加，人們需要能量來供電家中的加熱/冷卻系統、照明和家用電氣設備。設立新的發電設施不僅需要大量資金，將電能輸送到用戶處也將耗費大量成本。現在，大家都認同與其建立新的發電設施，不如將大多數電氣設備的電能消耗降低15%至20%，將是更具經濟效益的做法。
更為“綠色節能"的方式
由於建立新的發電設施需要高成本，因此很多國家採取所謂的“綠色政策”，亦即鼓勵製造商在終端產品中加入節能技術。而針對節能DC/DC轉換器設計中的電源管理IC而言，其必須擁有兩個主要特性。首先，其必須具備非常高的轉換效率，此外，在待機和關機模式下，必須具有低靜態電流能力，以將功耗降至最低。
IC效率越高，所消耗於轉換過程中的電能變越低。舉例而言，試想用於 DC/DC轉換器中的兩個不同IC，其能於 5A時提供5V(25W)至設備負載。如果第一個IC效率為95%，則可得出：
Pout/效率 = Pin，
或者，在這種情況下，Pin = 25/0.95 = 26.3W
如果第二個IC效率僅為77%，則：
Pin = 25/0.75 = 33.3W
在此例中，能量差異為7W。因此，在第二種情況下，必須多產生7W才能為該設備供電。這不僅提高了對電能的需求，而且也為系統的散熱設計增加了額外的負擔，因為DC/DC轉換器必須散發出這些轉換成熱量的功耗。
同樣地，如果一個DC/DC轉換器擁有高靜態電流，則其操作所需功率(和能量)便更高。試想一個採用4至5個不同負載點(POL)轉換器的設備，總能耗將很快速地達到一個很高的功耗數字。透過降低靜態電流，則可實際的節省能量。
多年以來，透過電池供電的可攜式元件領域，對這類電源管理IC的需求一直存在。然而，對於電訊和網路系統、以及電視、冰箱等家用電氣設備中，具備高效率轉換，同時擁有低靜態電流的IC，也正變得越來越普遍化。
為高功率系統節省功耗
在很多高功率系統中，空間和冷卻系統的成本都很高。因此，就任何POL轉換器而言，能以精小、高效率及低靜態電流來滿足新“綠色”標準是相當重要的。此外，許多微處理器和數位訊號處理器(DSP)都需要一個核心電源和一個輸入/輸出(I/O)電源，這些電源必須於啟動時定序。設計師們必須考慮在供電和斷電操作時核心和I/O電壓源的相對電壓和時序，以符合製造商的性能規格要求，如果缺乏適當的電源定序，便可能出現鎖住或過量的電流消耗，而可能導致微處理器I/O埠損壞，或記憶體、可編程邏輯元件(PLD)、現場可編程閘陣列(FPGA)、資料轉換器等支援性元件的I/O埠損壞。
在高效能、高功率電源設計持續要求更多功率的同時，其於電路板上的空間卻越來越受限。此外，不論設計者是否經驗豐富，功率密度也為電源設計者帶來了極大挑戰。在一般情況下，這些設計被要求需具備高於90%的轉換率，以限制電源的功耗和溫度。因此，電源設計的散熱效能尤其重要，因為其只擁有極小的空間來散發DC/DC電源轉換損耗產生的熱量，且空氣流動也相當有限。另外，這些電源必須具備絕佳的輸出漣波和暫態響應特性，同時還必須限制所需的外部電容，以減小電源設計的整體尺寸。
從1990年中以來，凌力爾特積極生產既具有高轉換效率、且具有低靜態電流的電源管理IC。凌力爾特在其多款電源管理IC中加入了Burst Mode技術。這種技術能將IC本身在於待機模式時所需的電流降至最低，在很多情況下，待機靜態電流可低至10uA至20uA。
用於更“節能”系統的解決方案
針對既具有高轉換效率，又具有低靜態電流的電源管理IC，凌力爾特最近推出了以下相關產品: LTC3773、LTC3705/06、LTC3736-1 和 LTC3409。
LTC3773為一款高效率、3相DC/DC控制器，其能處理高達36V的輸入，並能以每相位超過15A的電流支援單相、兩相或三相0.6V至5V的輸出電壓。三個相位中的其中兩個可連接在一起以產生30A輸出，在這種情況下，兩個通道可以反相工作，以將輸入電容上的壓力降至最低。所有3個通道均可調節單一輸出，提供超過45A的電流。而每個通道皆可按比例、或以一致性配置被各別追蹤，並可透過極少外部元件依序啟動或關閉這些通道。當3個通道都關閉時，該控制器在關機模式下典型僅消耗18uA電流。於輕負載時，LTC3773可以Burst Mode操作，以達到最高效率，也可以工作在強制連續模式(恒定頻率操作以達到最小漣波)，或者採取二者之折衷，亦即脈衝跳略模式。
切換頻率可以鎖相至160kHz至700kHz的外部來源，或以PLLFLTR引腳上的DC電壓設定，也可透過典型的220kHz、400kHz和560kHz針腳可選頻率。不論何種情況，CLKOUT針腳都顯示相對於通道1的開關頻率係處於0°、60°至180°的操作頻率，在多個控制器IC從同一組輸入電容運作的情況下，這是一個實用的特性。
當在非常小的接腳站位中需要3個15A輸出時，LTC3773是一個理想選擇。圖 1顯示單一控制器知原理圖，其可從單一寬廣輸入的電源提供3個低壓、高電流輸出。
圖 1：LTC3773的3個獨立輸出，以單一4.5V至22V電源提供2.5V、1.8V及1.2V電壓
與單相開關穩壓器相比，2相轉換器加在輸入電容上的漣波電流較小，因此可縮減尺寸和成本。這種方式讓開關電流脈衝交錯，大幅縮短了重疊時間。較低的漣波電流意味著較低的功耗和較高的效率，以及電磁干擾的減少。2相轉換器還能有效率地將開關頻率加倍，從而降低了輸出漣波電壓。
為了全面實現這些好處，此兩通道應以180o反相操作。LTC3773允許通道2和通道3反相操作，這是當這兩個通道連接在一起以形成單一、高電流輸出時，非常有用的選項。例如，通道1的輸出可能是2.5V@15A，通道2(通道2和通道3連接在一起)的輸出可能是1.8V@30A。第二個雙相通道將展現卓越的電流分享效應，沒有通道對通道的相互作用，輸出漣波最小(在開關節點工作頻率的2倍頻率處)。
凌力爾特公司還推出了適用於匯流排轉換器應用的IC，如用於實現同步順向轉換器的多相(PolyPhase)二次側控制器LTC3706。當與凌力爾特公司的閘極驅動器和主控制器LTC3705撘配使用時，兩個元件組合可形成完整的隔離式電源，這個隔離式電源同時具備PolyPhase操作、以及二次側控制速度之優勢。
LTC3706簡化了高效率二次側順向轉換器之設計。LTC3705和LTC3706形成了一個堅固、自我啟動之轉換器，無需二次側控制應用中常見的獨立偏壓穩壓器。此外，一個專利電路，可透過單個纖巧型脈衝變壓器對閘極驅動訊號及隔離兩端的直流偏壓電源進行多路轉換。
用於POL DC/DC轉換的另一個有趣IC是LTC3736-1，其為一款2相、雙路同步降壓開關控制器，具有驅動外部互補功率MOSFET的追蹤功能。其具有MOSFET VDS檢測的固定頻率、電流模式架構，無需電流檢測電阻，因此能降低成本，提高效率。其輸入電容ESR能使兩個控制器不同相操作，而能將功耗和雜訊降至最低。
LTC3736-1獨特的展頻架構，在450kHz至580kHz範圍內能隨機改變開關頻率，大幅降低了輸入和輸出電源上的峰值輻射和傳導雜訊，因此更容易符合國際EMI標準。脈衝跳略操作能提高輕負載時的效率，100%工作周期更能達到低壓差操作。
LTC3409是一款運用固定頻率、電流模式架構之600mA、高效率、單晶同步降壓轉換器。除可同步化至1MHz至3MHz外部時脈的內部鎖相迴路外，該元件並支援1.5MHz和2.25MHz的固定頻率。其開關頻率範圍允許使用小型表面黏著電感及電容。以Burst Mode操作時，供應電流僅60uA至80uA，關機時則降至低於1uA。此1.6V至5.5V的輸入電壓範圍使LTC3409非常適用於5V、3.3V或2.5V電源端的POL應用。透過鋰離子電池輸入，LTC3409在輸出電流達600mA時能提供1.5V輸出，效率超過90%。
未來是“綠色的”
很明顯的，電氣系統節能正成為全球焦點－發電成本和耗電成本的節省，都相當令人關注，無人能忽視。許多電源管理IC供應商積極地迎接這一挑戰，這些供應商透過新設計方式，使其產品在數十安培負載電流時實現了高效率轉換，同時，這些IC也在待機或關機模式時，實現了較低的靜態電流。
