功率转换器的效率早已经超过了90%，所以，至少是以η轴为核心的性能改进余地也就不大了。事实的确如此，最近，据说有一家分立功率半导体制造商宣布推出一种功率转换器，其转换效率能提高将近1%。然而，当听了这种公告之后兴奋的心情稍微平静时，人们就会立刻意识到，转换器的标定效率只有在满负荷电流的条件下才能达到，而满负荷电流这一工作条件与通常的工作条件是有很大差别的。
　　稳压器也有类似的限制。例如，低压差稳压器究竟能低到什么程度，这有助于确定由电池供电的设备中的充电寿命终点或者由公用供电系统中的低压线路极限在何处，这两个系数是公认的重要设计因素。不过，尽管稳压器开销低是有益的，但并没有减少在平均供电电压下计算出来的额外功率耗散，更不用说减少在高压线路条件下计算出来的功率耗散了。
　　从这一观点来看，将系统的功率耗散降到最低程度不仅仅意味着减少电压降，而且也意味着使电流降至最小。然而，如果给定一组功能特性、制造技术和性能准则，您就会发现，降低某种功能元件工作电流的能力也迅速地变得 不大了。因此，更准确地说，将系统的功率耗散降至最低意味着把浪费掉的电流降至最低。最新的封装技术和器件设计的发展趋势是鼓励设计师们越来越多地改用负载开关，以便只在需要时才向各功能元件供电，而不是使稳压器为每个功能元件都同时供电。
　　磨尖你的镊子
　　用作负载开关的分立功率FET（场效应晶体管）有三种最新发展趋势：其一，更多的器件采用形状系数很小的塑料封装和CSP（芯片大小封装）（参考文献1）；其二，更多的装配工厂证明CSP BGA适用于插装工艺、回流焊工艺和检验工序；其三，PMOS沟道电阻已经在一定程度上接近了NMOS的水平，可以实现有效的高压侧开关。这三种趋势结合起来，使得在你能够提供自己的控制信号的场合使用的负载开关非常小巧（图1）。

　　图 1 　可以用一个PMOS通道元件和一个合适的驱动器组成一个简单的高压侧负载开关(a)。另外一个NMOS器件和上拉电阻起到逻辑反相和电平变换作用(b)。

　　一直积极从事开发分立功率MOSFET和封装技术的公司有国际整流器公司(IR)和飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)。IR公司的20V、5.1A的IRF6100 PMOS器件的沟道电阻在VGS 为-4.5V时为65mW，在VGS为-2.5V时增大到95mW。售价为0.35美元（批量1,000件）的IRF6100，采用边长只比1.5mm稍大的4球CSP封装，其最大连续漏极电流在70℃温度下为3.5A（图2）。

　　图 2　IR公司把一个20V、5.1A开关装在一个边长稍大于1.5mm 的4球CSP的封装中。

　　飞兆半导体公司的FDZ204P，其尺寸仅为2×2mm，售价为1.02美元（批量1,000件）。这种20V、4.5A PMOS器件的沟道电阻在VGS为-4.5V和-2.5V时分别为45mW和75mW。在因测试条件不同而调整标定的数据表最大值后，FDZ204P的只有13nC栅极电荷比IRF6100少20%左右。飞兆公司将FDZ204P装在一个12球BGA封装中。
　　即使导通电阻为毫欧姆数量级，这些小型CSP也需要考虑散热设计问题--当考虑到热阻RθJB（PN结到球）和RθJC（PN结到外壳）时，这一点真是出人意外。例如，飞兆公司规定FDZ204P的RθJB一般为11℃/W，RθJC为1℃/W。从PN结到周围环境的热阻额定值RθJA（该值最终确定PN结的温升）则固定不变，为67℃/W，这是根据边长1.5英寸的FR-4印刷电路板上的1英寸见方2盎司铜制安装垫片确定的。
　　从这些散热数据可以得出以下三点结论：首先，印刷电路板的特性和零件与板之间的热界面对散热设计的限制要比CSP内部散热特性对热设计的限制更大。印刷电路板布局设计需要同时满足导热要求与导电要求。其次，大电流的热效应--即使流过很小的沟道电阻--远远超出CSP的范围。在元件密集的设计中，一定量的铜质垫片有助于减少传导到周围元器件的热量。但是，布局再巧妙也会给附近的元器件留下局部热源。最后，对于给定的器件而言，如果应用电路要求相当大的静态漏极电流，那么保证足够的栅极驱动就是减小热量的最简单办法（图 3）。

　　图 3　足够的栅极驱动使得负载开关的MOS器件有功率耗散大和功率耗散适中之分。功率耗散可通过热阻抗直接转化成温升。

　　不用说，对布局的关注并不局限于CSP设计。SMT（表面贴装）器件也依靠其引脚和印刷电路板来带走芯片中的热量的。大多数器件都采用冗余触点来降低热阻和电阻，它们的性能指标也取决于这些共用一大块不间断铜平面的触点。然而要记住的是，在布局的这部分中，迫不得已不使用散热部件会使印刷电路板的返修更加困难。这一点应该在设计评审时，跟生产部门经理摆明。
　　塑料封装
　　安森美半导体公司(ON Semiconductor)提供的P沟道MOSFET在电气性能上与IR公司和飞兆半导体公司的器件相似，但却装在该公司的无引线ChipFET封装中。这种器件的面积为122×80密耳，大致与1206型无源元件或TSSOP-6集成电路相当。例如，售价为0.25美元（批量1万件）的NTHS5441，是一种20V、3.9A的器件，其沟道电阻与IR公司和飞兆公司的器件相当：在VGS为-4.5V时为55mW（最大值），在VGS为-2.5V时为83mW。直接根据数据表来对安装后的CSP器件的热阻进行对比是不可能的，因为器件制造厂商没有采用一种共同的测试板尺寸。但是，利用FDZ204P PN结到球的热阻和5441 PN结到漏极垫片的热阻，你可以预计，在印刷电路板设计和工作条件相同的情况下，ChipFET的温升大约要增大50%。
　　负载开关，如Siliconix公司的Si1037X和Si7407DN，也都采用人们熟悉的小型塑料SMT封装。20V的1037在VG S为4.5V时可以通过770mA的稳态电流。这种采用SC-89-6封装的PMOS器件，在栅极驱动电压低到-1.8V时，具有规定的最大沟道电阻--350mW。在满栅极驱动电压为-4.5V时，它的通导电阻则降到了195mW。1037的1.6mm见方的封装保持有0.6mm空间以适应低气压情况。
　　负载开关中尺寸较大的3.3mm见方的12V、9.9A的Si7407 PMOS开关，它在VGS为-4.5V时形成一个12mW的沟道。当把栅极驱动电压降到-1.8V时，它的通导电阻增加一倍。这种较大的器件自然要求更大的驱动，这时用以进行的开关的栅极电荷要大一个数量级，即59 nC，而1037只需5.5nC。Si1037X 和Si7407售价分别为0.22美元和0.41美元（批量10万件）。
除了开关次数很少的应用场合（例如用于保护锂离子电池组的开关）之外，许多设计师都会求出沟道电阻和栅极电荷的乘积的一个有用的优值。该数值的权重多少是你设计的预期开关速率和占空比的函数，但在设计的初期不应忘记这个基础概念。负载开关的开与关是需要一定的能量的，沟道电阻也消耗一定的能量。
　　在单个FET开关基础上稍作修改而成的负载开关有MICREL公司的MIC94053器件，它把上拉栅极电阻器与6V、2A的PMOS FET组合成一体。该器件采用SC-70-6封装，售价0.38美元（批量1,000件），在-4.5V和-100mA时形成一个84mW的沟道。250kW的最小上拉电阻可以保证在加电期间该器件处于截止状态，除非驱动电路在此期间主动使该器件导通。上拉电阻还使人们能够借助于集电极开路逻辑电路对该开关进行控制，从而可在某些应用场合不需使用电平转换器。
　　安森美半导体公司的NTHC5513将NMOS器件和PMOS器件组装在同一个8脚ChipFET封装中，其中的NMOS器件可以用作反相器或反相电平移动器（图1b），当然用法不限于此。NMOS FET和PMOS FET的导通电阻均不到1W，栅极电荷为6nC。虽然大部分功率半导体器件已把PMOS沟道电阻降到远远低于1W，但在售价为0.29美元（批量1万件）的5513中，NMOS仍然领先于PMOS--NMOS器件沟道电阻为75mW，而PMOS器件则为155mW。
　　驱动问题
　　从沟道电阻的角度来看，人们可能会偏爱N沟道器件，但在高压侧开关应用场合，除非栅极驱动电位是高于高压侧电压的有用VGS，否则就不会喜欢这些低导通电阻。
　　Linear Technology公司的LTC1981单栅极驱动器和LTC1982双栅极驱动器是由1.8～5.5V电源供电的，它们不用任何外部零部件即可产生电荷泵栅极驱动电压。LTC1981的泵输出是电源电压的函数，估计由于其少而固定的内部开销产生的效应，泵输出上升得比同类器件稍快。这种情况一直持续到电源电压到达约2.7V为止，因为电源电压达到2.7V时，该器件的输出就被限制在6.9～7.5V。这种行为非常适用于若干厂家提供的低阈值N沟道MOSFET。
　　 售价1.2美元（批量1,000件）的LTC1981采用SOT-23-5封装。该器件带有一根低电平有效关闭引脚和一只集电极开路栅极驱动就绪状态引脚，后一引脚指示栅极驱动电压何时大于满值的90%。LTC1982采用SOT-23-6封装。这种售价1.5美元（批量1,000件）的双驱动器的输出引脚具有取代一条状态线的几根独立的低电平有效关断引脚。
　　飞兆公司的FDG901D是一种PMOS驱动器，它提供一种引脚可编程的恒定电流驱动，在器件导通期间用于控制转换速率。FDG901D的栅电流设