怎样去解决小型化DC/DC应用设计的问题？

　　现在的高效降压DC/DC转换器应用同步整流技术，以满足计算应用的高效要求。驱动器和功率系统必须针对特定工作点进行优化。封装、硅技术和集成技术的进步推动了开关模式电源在功率密度、效率和热性能方面的提高。与分立式方案相比，驱动器加FET（Driver-plus-FET）多芯片模块（MCM）可以节省相当可观的空间。目前的MCM还能提供性能优势，这对笔记本电脑、台式电脑和服务器的电源应用非常关键。
　　“绿色”系统的发展趋势不仅意味着必须采用环保元器件，还对电子产业提出了节能的挑战。能源之星（EnergyStar）和80+等组织都已针对各式消费电子（特别是计算类）颁布了相关规范。对当前的消费者而言，更长的电池寿命也是个十分吸引的特性。因此，更长的电池寿命、更小的外形尺寸及各国***推出的新法规都在要求必需谨慎选择电源元件，尤其是对板上的同步降压转换器。这表示着新平台的功率密度、效率和热性能必须大幅提高。
　　众所周知，设计理想的降压转换器涉及到众多权衡取舍。功率密度的提高通常意味着总体功耗的增加，以及结温、外壳温度和PCB温度的提升。同样地，针对中等电流到峰值电流优化DC/DC电源，几乎也总是意味着牺牲轻载效率，反之亦然。
　　多芯片驱动器加FET技术
　　用于计算和通信系统的典型多相位DC/DC降压转换器一般采用一个控制FET（上桥）和一个或两个同步FET（下桥）以及若干栅极驱动器。这种方案被称为“分立式解决方案”。过去数年中，已有的分立式设计在功率效率方面取得了长足的进步。
　　制造业在封装领域的进展扩大了对无脚MOSFET封装的采用。DC/DC工程师现能进一步提升其电源的电流容量。例如，在笔记本电脑和服务器中，从S08和DPAK器件到热增强型封装技术的转移正在顺利进行。
　　由于分立式解决方案无法满足对更高功率密度的要求，也不能解决较高开关频率下的寄生参数影响问题，因而大大推动了多芯片模块（MCM）的发展。这些普遍被称为DrMOS的MCM在相当长的一段时间内一直是业界评估的重点。减小外形尺寸的趋势把计算和通信系统推向MCM领域。而且，这些器件的性能也等同甚至优于分立式解决方案。
　　MCM技术成功的主要原因在于：
　　- 采用无脚封装，热阻抗很低。
　　- 采用内部引线键合设计，尽量减少外部PCB布线，从而降低电感和电阻PCB寄生元素。
　　- 采用更先进的沟道硅（trench silicon）MOSFET工艺，显著降低传导、开关和栅极电荷损耗。
　　- 兼容多种控制器，可实现不同的工作模式，尤其是不连续电流模式以提高轻载效率。新的DrMOS器件带有低驱动禁用功能，可关断下桥FET。
　　- 针对目标应用进行设计的高度优化。
　　- 最重要的是驱动器、FET、二极管和LDO的集成。
　　
　　性能分析
　　效率：现在的计算设备有大部分时间都处于各种不同的状态中，因此，驱动器加FET MCM能针对重载而忧化并进行轻载效率管理遂显得非常重要。图2对分立式解决方案和飞兆半导体的DrMOS解决方案进行了比较。
　　
　　图2：DrMOS与分立式解决方案的效率比较。
　　当中的应用适用于两相笔记本电脑的CPU内核供电。面对处理器的深度睡眠信号，控制器会采用单相工作。在单相工作时，电源会自动利用不连续传导模式（DCM）来提高轻载效率。这时，由于电感纹波电流下降至小于零，外部PWM控制器关断同步FET，于是体二极管阻断反向传导。开关频率随负载电流减小而降低。在计算设备的核心电源中，这种控制器方案越来越流行。
　　新的DrMOS MCM将采用一个低驱动禁用引脚，用于不连续传导工作模式。在这种特殊的评估中，MOSFET和DrMOS中的驱动器已针对笔记本电脑的峰值功率级进行优化。而在两相工作期间，电源完全工作在PWM模式下。取决于其目标应用，MCM解决方案在所有负载电流上的总体效率等同或优于分立式解决方案。
　　功率密度：通过集成和提高开关频率可以增加功率密度。例如，若把开关频率提高到500KHz，图2中的电源便可采用7x10mm（长度x宽度）的电感。相对于300KHz笔记本电脑普遍采用的11x11mm（0.3µH–0.5µH）电感，这是个显著的尺寸减小，即是电感面积可减小超过30%！更低的电感值也意味着更低的DCR损耗。更高的开关频率有助于电容器数目的减少。
　　热性能：随着电源越来越密集，热限制变得愈发显著。利用集成式MCM来实现更好的热性能显得更加困难。大多数DrMOS MCM的性能都可与分立式解决方案媲美。图2是DrMOS解决方案与两种分立式热增强型S08 MOSFET进行的比较。在每相18A的输出电流下，DrMOS的温度只高出7ºC，部分原因是基于目前先进的封装技术。
　　利用最新开发的芯片粘接材料把FET的漏极直接粘接在无脚框架上，可以大幅减小从硅芯片到PCB的热阻抗。这样一来，热量很容易流向PCB，从而达到器件冷却目的。此外，新的引线框架合金和模塑化合物材料本身也具有更好的散热能力。
　　通过在板上运用更多的铜，以及利用通孔散热，可以进一步提升热性能。在实现DrMOS解决方案时，为了能满足热要求，布局技术至关重要。
　　本文小结
　　驱动器加FET MCM具有优于分立式解决方案的竞争优势。小型化也是一个明显的优点。如上所示，这项技术的成功主要源于新的硅技术和封装技术。目前的计算及网络系统也正从这种新技术中受益。DrMOS MCM可减小外形尺寸和元件数目，同时不会影响性能。飞兆半导体等供应商已推出DrMOS解决方案，并将拓展其产品组合以满足众多应用的设计需求。例如FDMF6700，采用超紧凑型6x6mm MLP封装。对于空间极度受约束的应用，比如小外形尺寸的台式电脑、媒体中心PC、超密集服务器、刀片服务器、先进的游戏系统、图形卡、网络和电信设备，以及其它电路板空间有限的DC/DC应用，FDMF6700为设计人员提供别具吸引力的解决方案。