現在的高效降壓DC/DC轉換器應用同步整流技術(shù)，以滿(mǎn)足計算應用的高效要求。驅動(dòng)器和功率系統必須針對特定工作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。封裝、硅技術(shù)和集成技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了開(kāi)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，驅動(dòng)器加FET(Driver-plus-FET)多芯片模塊(MCM)可以節省相當可觀(guān)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)器的電源應用非常關(guān)鍵。 

“綠色”系統的發(fā)展趨勢不僅意味著(zhù)必須采用環(huán)保元器件，還對電子產(chǎn)業(yè)提出了節能的挑戰。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(lèi))頒布了相關(guān)規范。對當前的消費者而言，更長(cháng)的電池壽命也是個(gè)十分吸引的特性。因此，更長(cháng)的電池壽命、更小的外形尺寸及各國政府推出的新法規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換器。這表示著(zhù)新平臺的功率密度、效率和熱性能必須大幅提高。 

眾所周知，設計理想的降壓轉換器涉及到眾多權衡取舍。功率密度的提高通常意味著(zhù)總體功耗的增加，以及結溫、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(zhù)犧牲輕載效率，反之亦然。 

多芯片驅動(dòng)器加FET技術(shù) 

用于計算和通信系統的典型多相位DC/DC降壓轉換器一般采用一個(gè)控制FET(上橋)和一個(gè)或兩個(gè)同步FET(下橋)以及若干柵極驅動(dòng)器。這種方案被稱(chēng)為“分立式解決方案”。過(guò)去數年中，已有的分立式設計在功率效率方面取得了長(cháng)足的進(jìn)步。  

制造業(yè)在封裝領(lǐng)域的進(jìn)展擴大了對無(wú)腳MOSFET封裝的采用。DC/DC工程師現能進(jìn)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)的轉移正在順利進(jìn)行。 

由于分立式解決方案無(wú)法滿(mǎn)足對更高功率密度的要求，也不能解決較高開(kāi)關(guān)頻率下的寄生參數影響問(wèn)題，因而大大推動(dòng)了多芯片模塊(MCM)的發(fā)展。這些普遍被稱(chēng)為DrMOS的MCM在相當長(cháng)的一段時(shí)間內一直是業(yè)界評估的重點(diǎn)。減小外形尺寸的趨勢把計算和通信系統推向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(wú)腳封裝，熱阻抗很低。
- 采用內部引線(xiàn)鍵合設計，盡量減少外部PCB布線(xiàn)，從而降低電感和電阻PCB寄生元素。
- 采用更先進(jìn)的溝道硅(trench silicon)MOSFET工藝，顯著(zhù)降低傳導、開(kāi)關(guān)和柵極電荷損耗。
- 兼容多種控制器，可實(shí)現不同的工作模式，尤其是不連續電流模式以提高輕載效率。新的DrMOS器件帶有低驅動(dòng)禁用功能，可關(guān)斷下橋FET。
- 針對目標應用進(jìn)行設計的高度優(yōu)化。
- 最重要的是驅動(dòng)器、FET、二極管和LDO的集成。 

圖1：驅動(dòng)器加FET多芯片模塊(DrMOS)。

性能分析

效率：現在的計算設備有大部分時(shí)間都處于各種不同的狀態(tài)中，因此，驅動(dòng)器加FET MCM能針對重載而憂(yōu)化并進(jìn)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(jìn)行了比較。 

圖2：DrMOS與分立式解決方案的效率比較。

當中的應用適用于兩相筆記本電腦的CPU內核供電。面對處理器的深度睡眠信號，控制器會(huì )采用單相工作。在單相工作時(shí)，電源會(huì )自動(dòng)利用不連續傳導模式(DCM)來(lái)提高輕載效率。這時(shí)，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(kāi)關(guān)頻率隨負載電流減小而降低。在計算設備的核心電源中，這種控制器方案越來(lái)越流行。 

新的DrMOS MCM將采用一個(gè)低驅動(dòng)禁用引腳，用于不連續傳導工作模式。在這種特殊的評估中，MOSFET和DrMOS中的驅動(dòng)器已針對筆記本電腦的峰值功率級進(jìn)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(guò)集成和提高開(kāi)關(guān)頻率可以增加功率密度。例如，若把開(kāi)關(guān)頻率提高到500KHz，圖2中的電源便可采用7x10mm(長(cháng)度x寬度)的電感。相對于300KHz筆記本電腦普遍采用的11x11mm(0.3µH?C0.5µH)電感，這是個(gè)顯著(zhù)的尺寸減小，即是電感面積可減小超過(guò)30%！更低的電感值也意味著(zhù)更低的DCR損耗。更高的開(kāi)關(guān)頻率有助于電容器數目的減少。 

熱性能：隨著(zhù)電源越來(lái)越密集，熱限制變得愈發(fā)顯著(zhù)。利用集成式MCM來(lái)實(shí)現更好的熱性能顯得更加困難。大多數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(jìn)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(jìn)的封裝技術(shù)。 

利用最新開(kāi)發(fā)的芯片粘接材料把FET的漏極直接粘接在無(wú)腳框架上，可以大幅減小從硅芯片到PCB的熱阻抗。這樣一來(lái)，熱量很容易流向PCB，從而達到器件冷卻目的。此外，新的引線(xiàn)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(guò)在板上運用更多的銅，以及利用通孔散熱，可以進(jìn)一步提升熱性能。在實(shí)現DrMOS解決方案時(shí)，為了能滿(mǎn)足熱要求，布局技術(shù)至關(guān)重要。  

本文小結 

驅動(dòng)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(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。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目，同時(shí)不會(huì )影響性能。飛兆半導體等供應商已推出DrMOS解決方案，并將拓展其產(chǎn)品組合以滿(mǎn)足眾多應用的設計需求。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(jìn)的游戲系統、圖形卡、網(wǎng)絡(luò )和電信設備，以及其它電路板空間有限的DC/DC應用，FDMF6700為設計人員提供別具吸引力的解決方案。