現(xiàn)在的高效降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用同步整流技術(shù)，以滿足計算應(yīng)用的高效要求,。驅(qū)動器和功率系統(tǒng)必須針對特定工作點進行優(yōu)化,。封裝、硅技術(shù)和集成技術(shù)的進步推動了開關(guān)模式電源在功率密度,、效率和熱性能方面的提高,。與分立式方案相比，驅(qū)動器加FET(Driver-plus-FET)多芯片模塊(MCM)可以節(jié)省相當可觀的空間,。目前的MCM還能提供性能優(yōu)勢,，這對筆記本電腦、臺式電腦和服務(wù)器的電源應(yīng)用非常關(guān)鍵。
“綠色”系統(tǒng)的發(fā)展趨勢不僅意味著必須采用環(huán)保元器件,，還對電子產(chǎn)業(yè)提出了節(jié)能的挑戰(zhàn),。能源之星(EnergyStar)和80+等組織都已針對各式消費電子(特別是計算類)頒布了相關(guān)規(guī)范。對當前的消費者而言,，更長的電池壽命也是個十分吸引的特性,。因此，更長的電池壽命,、更小的外形尺寸及各國政府推出的新法規(guī)都在要求必需謹慎選擇電源元件,，尤其是對板上的同步降壓轉(zhuǎn)換器。這表示著新平臺的功率密度,、效率和熱性能必須大幅提高,。
眾所周知，設(shè)計理想的降壓轉(zhuǎn)換器涉及到眾多權(quán)衡取舍,。功率密度的提高通常意味著總體功耗的增加,，以及結(jié)溫、外殼溫度和PCB溫度的提升,。同樣地,，針對中等電流到峰值電流優(yōu)化DC/DC電源，幾乎也總是意味著犧牲輕載效率,，反之亦然,。
多芯片驅(qū)動器加FET技術(shù)
用于計算和通信系統(tǒng)的典型多相位DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器一般采用一個控制FET(上橋)和一個或兩個同步FET(下橋)以及若干柵極驅(qū)動器。這種方案被稱為“分立式解決方案”,。過去數(shù)年中,，已有的分立式設(shè)計在功率效率方面取得了長足的進步。
制造業(yè)在封裝領(lǐng)域的進展擴大了對無腳MOSFET封裝的采用,。DC/DC工程師現(xiàn)能進一步提升其電源的電流容量,。例如，在筆記本電腦和服務(wù)器中,，從S08和DPAK器件到熱增強型封裝技術(shù)的轉(zhuǎn)移正在順利進行,。
由于分立式解決方案無法滿足對更高功率密度的要求，也不能解決較高開關(guān)頻率下的寄生參數(shù)影響問題,，因而大大推動了多芯片模塊(MCM)的發(fā)展,。這些普遍被稱為DrMOS的MCM在相當長的一段時間內(nèi)一直是業(yè)界評估的重點。減小外形尺寸的趨勢把計算和通信系統(tǒng)推向MCM領(lǐng)域,。而且,，這些器件的性能也等同甚至優(yōu)于分立式解決方案。
MCM技術(shù)成功的主要原因在于：
- 采用無腳封裝,，熱阻抗很低,。
- 采用內(nèi)部引線鍵合設(shè)計,，盡量減少外部PCB布線，從而降低電感和電阻PCB寄生元素,。
- 采用更先進的溝道硅(trench silicon)MOSFET工藝,，顯著降低傳導、開關(guān)和柵極電荷損耗,。
- 兼容多種控制器,，可實現(xiàn)不同的工作模式，尤其是不連續(xù)電流模式以提高輕載效率,。新的DrMOS器件帶有低驅(qū)動禁用功能,，可關(guān)斷下橋FET,。
- 針對目標應(yīng)用進行設(shè)計的高度優(yōu)化,。
- 最重要的是驅(qū)動器、FET,、二極管和LDO的集成,。
圖1：驅(qū)動器加FET多芯片模塊(DrMOS),。
性能分析
效率：現(xiàn)在的計算設(shè)備有大部分時間都處于各種不同的狀態(tài)中,，因此，驅(qū)動器加FET MCM能針對重載而憂化并進行輕載效率管理遂顯得非常重要,。圖2對分立式解決方案和飛兆半導體的DrMOS解決方案進行了比較,。
圖2：DrMOS與分立式解決方案的效率比較,。
當中的應(yīng)用適用于兩相筆記本電腦的CPU內(nèi)核供電,。面對處理器的深度睡眠信號，控制器會采用單相工作,。在單相工作時,，電源會自動利用不連續(xù)傳導模式(DCM)來提高輕載效率。這時,，由于電感紋波電流下降至小于零,，外部PWM控制器關(guān)斷同步FET，于是體二極管阻斷反向傳導,。開關(guān)頻率隨負載電流減小而降低,。在計算設(shè)備的核心電源中，這種控制器方案越來越流行,。
新的DrMOS MCM將采用一個低驅(qū)動禁用引腳,，用于不連續(xù)傳導工作模式。在這種特殊的評估中,，MOSFET和DrMOS中的驅(qū)動器已針對筆記本電腦的峰值功率級進行優(yōu)化,。而在兩相工作期間,，電源完全工作在PWM模式下。取決于其目標應(yīng)用,，MCM解決方案在所有負載電流上的總體效率等同或優(yōu)于分立式解決方案,。
功率密度：通過集成和提高開關(guān)頻率可以增加功率密度。例如,，若把開關(guān)頻率提高到500KHz,，圖2中的電源便可采用7x10mm(長度x寬度)的電感。相對于300KHz筆記本電腦普遍采用的11x11mm(0.3µH–0.5µH)電感,，這是個顯著的尺寸減小,，即是電感面積可減小超過30%！更低的電感值也意味著更低的DCR損耗,。更高的開關(guān)頻率有助于電容器數(shù)目的減少,。
熱性能：隨著電源越來越密集，熱限制變得愈發(fā)顯著,。利用集成式MCM來實現(xiàn)更好的熱性能顯得更加困難,。大多數(shù)DrMOS MCM的性能都可與分立式解決方案媲美。圖2是DrMOS解決方案與兩種分立式熱增強型S08 MOSFET進行的比較,。在每相18A的輸出電流下,，DrMOS的溫度只高出7ºC，部分原因是基于目前先進的封裝技術(shù),。
利用最新開發(fā)的芯片粘接材料把FET的漏極直接粘接在無腳框架上,，可以大幅減小從硅芯片到PCB的熱阻抗。這樣一來,，熱量很容易流向PCB,，從而達到器件冷卻目的。此外,，新的引線框架合金和模塑化合物材料本身也具有更好的散熱能力,。
通過在板上運用更多的銅，以及利用通孔散熱,，可以進一步提升熱性能,。在實現(xiàn)DrMOS解決方案時，為了能滿足熱要求,，布局技術(shù)至關(guān)重要,。
本文小結(jié)
驅(qū)動器加FET MCM具有優(yōu)于分立式解決方案的競爭優(yōu)勢。小型化也是一個明顯的優(yōu)點,。如上所示,，這項技術(shù)的成功主要源于新的硅技術(shù)和封裝技術(shù)。目前的計算及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也正從這種新技術(shù)中受益,。DrMOS MCM可減小外形尺寸和元件數(shù)目,，同時不會影響性能,。飛兆半導體等供應(yīng)商已推出DrMOS解決方案，并將拓展其產(chǎn)品組合以滿足眾多應(yīng)用的設(shè)計需求,。例如FDMF6700,，采用超緊湊型6x6mm MLP封裝。對于空間極度受約束的應(yīng)用,，比如小外形尺寸的臺式電腦,、媒體中心PC、超密集服務(wù)器,、刀片服務(wù)器,、先進的游戲系統(tǒng)、圖形卡,、網(wǎng)絡(luò)和電信設(shè)備,，以及其它電路板空間有限的DC/DC應(yīng)用，F(xiàn)DMF6700為設(shè)計人員提供別具吸引力的解決方案,。