为网络与通信系统板卡分配功率的传统方法可归纳为两种分布式电源架构拓扑。其中一种是通过独立的DC-DC转换器把标称48V的输入电压转换成3.3V的输出电压。为避免两级转换和复合效率衰减，这种方法直接为板卡上功率消耗大的最主要的负载供电。系统板通常还需要几种其他电压，这些电压通过几个负载点（POL）转换器从3.3V总线产生。另一种方法是把48V转换成12V输出，然后再转换成POL电压，但是不直接为任何负载供电。这种架构通常在板上总功率需求高时（因为电压较高配电损耗较低）和板上没有主要负载时采用。3.3V和12V分布式功率架构（DPA）通常都采用功能完整、输出可完全调节的独立转换器。

    但是，为每块板卡增加功能的压力使得为电源转换和电源分配元件留下的空间越来越小。同时，现代CMOS集成电路和处理器为把晶体管体积和每只晶体管的功耗降至最低而采用核心和I/O分立的趋势还需要低于3.3V的额外供电通道。不过，尽管芯片设计者成功降低了典型CPU核心中每只晶体管的功耗，他们同时也在增加芯片上的晶体管数量。这意味着电源的额定电流也必须随着电压的降低而增加。

传统分布式电源走到尽头

    这两个因素正迫使设计者寻找传统分布式电源架构（DPA）的替代方法。一个以介于3.3V和12V之间的中间电压为特色的两级电源转换架构正在兴起。这个架构有几个优势。例如，由于把输入电压降低到12V以下，所以降低了POL转换器的功率损耗。而且利用现代POL转换器能够承受较宽输入电压变化的能力，新架构不需要对中间总线电压进行严格调节。新架构也不再需要时序FET。而这些是3.3V输出DPA所必需的，如果不这样的话，3.3V DPA就不能控制直接由独立转换器提供的3.3V通道的上升速度，也就不能提供大部分电信和网络板卡所需的受控制的上电和下电时序。12V DPA可能也需要时序FET，但是由于所有工作电压都是从POL转换器产生的，所以某些情况下可以采用集成到转换器的时序控制。而12V输出DPA所用的完全调节的独立转换器因为需要40～100V次级侧FET，所以效率较低。对于电压较低的应用来说这些通常有较高的RDS(ON)。

    因此，中间电压DC总线架构能减少元件损耗，允许用比两种传统解决方案少的元件在小面积内实现高效率的解决方案。可以做出适当的没有输出调节电路的开环DC总线转换器，工作于固定50%工作循环。这种转换器提供具有低损耗、最小输入输出过滤和较高可靠性的自激次级同步整流。对150W左右的系统，中间总线的理想水平似乎在6～8V左右。

支持新架构

    向面积小、效率高的电源分配架构的演进得到下一代集成控制器和激励器的支持。这种控制器的一个很好的例子是IR2085S。这是一种高速、100V、自振荡、50%工作循环的半桥激励器，它把传统PWM控制器和半桥激励器的必要功能整合在单一SO-8封装中。传统上实现这些功能需要双芯片解决方案。这些新一代控制器能使中间转换器在板卡上占据非常小的面积。但是设计者还需要通过增强型MOSFET技术充分利用中间电源架构及支持它的控制器。尽管封装得非常紧密，几乎没有散热机会，低转换损耗和高热稳定性仍将带来额外的效率提高，同时还提供高可靠性。

中间电压转换器

    图1是基于IR2085S的DC总线转换器示意图。控制器向初级侧半桥拓扑提供±1A栅驱动信号。可以直接驱动新一代功率MOSFET，无需额外的激励器或缓冲器。高侧电压可以高达100V，适合广泛的24V和48V电信、网络和计算应用。IR2085S提供高低侧栅驱动信号，在±25ns内匹配，防止不均衡。控制器还执行内部软启动，让工作循环从零到50%渐增，从而在启动期间限制瞬间起峰电流。板载振荡器产生50%工作循环信号，频率由外部RC网络决定。选定的值还决定低侧脉冲和高侧脉冲之间的寂静时间。寂静时间是初级侧MOSFET断开所必需的，为防止击穿电流，寂静时间必须长于初级侧FET的断开时间。而为实现最高效率，又需要寂静时间尽可能短，因为次级侧MOSFET的体二极管在寂静时间期间是导通的。

    在初级侧，控制器驱动SO-8封装中的两个80V n沟道功率MOSFET。启动时通过线性调节器获得初级侧偏压，稳态时从变压器获得初级侧偏压。

    次级侧的同步整流FET是中间总线转换器的大部分损耗的来源。因此，如果设计者真想利用中间DC总线电源架构的优势，在这里部署效率最高的MOSFET是重要的。在这个例子里，一对MOSFET采用国际整流器公司的DirectFET封装技术封装，DirectFET封装技术是为把转换损耗最小化和热稳定性最大化从而提高效率和可靠性设计的。

    DirectFET封装技术通过用电效率和热效率更高的栅、源、漏极连接代替传统MOSFET的引线框和导线接合，几乎消除了封装电阻。通常，其他解决方案的封装电阻高达产品总Rds(on)的50%。不过，DirectFET明显降低了这个比值，因此有好得多的电气性能。

    DirectFET是一系列为把降低效率、转换频率和可靠性的电阻、热阻和寄生电感最小化而设计的增强型MOSFET封装中最新和最成功的。其他选择还有以用大铜导体增强漏极连接为特色的CopperStrap封装和为印刷电路板提供高电效率和热效率路径的PowerPak技术。所有这三种封装在尺寸上都类似普通SO-8功率MOSFET，但DirectFET把CopperStrap和PowerPak的方法体现在了一个封装技术中，而且还多了顶面散热这个优点，这是现有解决方案做不到的。DirectFET的核心特别设计了可以直接焊在印刷电路板上的大源极和栅极接点。核心顶面有构成漏极连接的铜外壳。

    用这种方式替代导线接合和引线框，封装电阻降低到150μΩ，而普通封装电阻约为1.4～1.6mΩ。结果，功率损耗明显降低，产生的热量较少，而且可以通过铜壳和印刷电路板更有效地散热。的确，利用散热片和强制空气冷却，与采用普通SO-8封装的可比MOSFET相比，结温可以降低多达50%。

    给铜漏极连接添加散热片非常容易。可以从图2看出，图2示出DirectFET封装的横截面。硅核心上的钝化系统保护接线终端和栅极结构不会受潮和玷污。

实验数据要点

    图3示出48V输入电压、220kHz转换频率下电效率与负载电流的关系曲线。DC总线转换器在8V左右的额定输出电压下提供20A，相当于89W/in3（5.4W/cm3）左右的高功率密度。如图中所示，转换器效率96%。

    图4示出在给定的初级MOSFET壳温下，输出功率和效率如何随气流增大而变化。在典型的系统气流200 LFM下，板卡可以用48V输入电压提供130W以上的功率，效率97.5%。DirectFET封装技术的贡献示于图5。