【導讀】本文介紹最新的驅動器+ MOSFET (DrMOS)技術及其在穩壓器模塊(VRM)應用中的優勢。單片DrMOS器件使電源係統能夠大幅提高功率密度
、效率和熱性能，進而增強最終應用的整體性能。

引言

隨著技術的進步，多核架構使微處理器在水平尺度上變得更密集
、更快速。因此
，這些器件需要的功率急劇增加。微處理器所需的這種電源由穩壓器模塊(VRM)提供。

在該領域，推動穩壓器發展的主要有兩個參數。首先是穩壓器的功率密度（單位體積的功率），為wei了le在zai有you限xian空kong間jian中zhong滿man足zu係xi統tong的de高gao功gong率lv要yao求qiu
，必bi須xu大da幅fu提ti高gao功gong率lv密mi度du。另ling一yi個ge參can數shu是shi功gong率lv轉zhuan換huan效xiao率lv
，高gao效xiao率lv可ke降jiang低di功gong率lv損sun耗hao並bing改gai善shan熱re管guan理li。

隨著發展挑戰不斷演變，電源行業將找到滿足相應要求的辦法。一種解決方案是將先進的開關MOSFET（穩壓器的主要組成部分）及其相應的驅動器集成到單個芯片中並采用高級封裝
，從而實現緊湊高效的功率轉換。這種DrMOS功率級優化了高速功率轉換。

隨著對這種功率級（被稱為智能功率級）的需求穩步增長
，以及功率開關技術不斷進步，ADI公司推出了DrMOS版本的智能功率模塊。LTC705x DrMOS係列利用ADI已獲專利的Silent Switcher® 2架構，並集成了自舉電路，使得DrMOS模塊能夠以超快速度切換，同時降低了功率損耗和開關節點電壓過衝
，提高了性能。LTC705x DrMOS器件還提供過溫保護(OTP)、輸入過壓保護(VIN OVP)和欠壓閉鎖(UVLO)保護等安全特性。

LTC7051 SilentMOS智能功率級

LTC7051屬於LTC705x DrMOS係列
，是一款140A單片智能功率模塊，它成功地將高速驅動器與高品質因數(FOM)頂部和底部功率MOSFET以及全麵的監控保護電路集成到一個電和熱優化的封裝中。與合適的PWM控製器一起，這款智能功率級可提供市場一流的高效率、低噪聲
、高密度的功率轉換。這種組合使大電流穩壓器模塊具備最新的效率和瞬態響應技術。LTC7051的典型應用如圖1所示。它充當降壓轉換器的主要開關電路，與之配合的是 LTC3861 ——具有精確均流特性的雙通道多相降壓電壓模式DC-DC控製器。

為了演示LTC7051的主要特性，ADI公司創建了一個評估板
，用以展示LTC7051與競爭產品的性能對比。這種演示平台有助於以一種公正

、準確的方式比較LTC7051 DrMOS與競爭產品的基本參數
，例如效率、功率損耗、遙測精度、熱和電氣性能。比較的目的是消除對結果有效性的任何懷疑。該演示平台用於突出一流的DrMOS性能指標

，而與製造商無關。

圖1.雙相POL轉換器

DrMOS分析評估硬件

該分析演示硬件具有如下重要特性：

●    一個PWM控製器，它能在寬範圍的輸入和輸出電壓及開關頻率下運行。在此應用中

，控製器是 LTC7883，它是一款四路輸出多相降壓DC-DC電壓模式控製器，如圖2所示。

●    LTC7051和競爭器件使用相同的功率級設計。

●    LTpowerPlay®電源係統管理環境用於全麵遙測LTC7883提供的係統性能。

●    根據ADI和競爭器件的指定工作溫度範圍，可以承受擴展的環境溫度。

●    電路板設計用於輕鬆捕獲和測量熱量。

圖2.分析演示板框圖

DrMOS分析演示板如圖3所示。該板經過精心設計

，具備前麵提到的關鍵特性。元件對稱且係統地放置在每個電源軌上，並具有相同的PCB尺寸和麵積，以限製電源軌之間的差異。布局布線和層堆疊也是對稱進行的。

圖3.DrMOS評估板

，頂部和底部。PCB尺寸：203 mm × 152 mm × 1.67 mm (L × H × W)，2 盎司銅厚度

DrMOS分析測試方法和軟件

除了演示板本身之外，測試設置和測試方法對於數據和結果的公正同樣很重要。為此，團隊還創建了一個具有圖形用戶界麵(GUI)的配套評估軟件，如圖4所(suo)示(shi)，以(yi)支(zhi)持(chi)用(yong)戶(hu)更(geng)加(jia)輕(qing)鬆(song)地(di)開(kai)展(zhan)測(ce)試(shi)和(he)收(shou)集(ji)數(shu)據(ju)。用(yong)戶(hu)隻(zhi)需(xu)要(yao)指(zhi)定(ding)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)參(can)數(shu)
，軟(ruan)件(jian)將(jiang)負(fu)責(ze)自(zi)動(dong)化(hua)測(ce)試(shi)。軟(ruan)件(jian)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)相(xiang)應(ying)的(de)測(ce)試(shi)和(he)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)
，例(li)如(ru)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)、電子負載和多路複用數據采集器件(DAQ)，以直接從演示板測量溫度、電流和電壓數據，然後在GUI上呈現測量結果曲線。軟件還通過PMBus/I2C協議收集來自板載器件的重要遙測數據。所有這些信息對於比較係統效率和功率損耗都很重要。

圖4.DrMOS評估軟件，顯示了配置和熱分析選項卡

數據與結果

以下測試結果涵蓋了穩態性能測量、功能性能波形
、熱測量和輸出噪聲測量。使用如下配置對演示板進行了測試：

●    輸入電壓：12 V

●    輸出電壓：1 V

●    輸出負載：0 A至60 A

●    開關頻率：500 kHz和1 MHz

●    性能數據

效率與功率損耗

圖5中的測試結果表明
，在500 kHz的開關頻率下，與競爭器件相比，LTC7051的效率更高（高出0.70%）。隨著開關頻率從500 kHz進一步提高到1 MHz，LTC7051的效率也變得更好（提高0.95%）。

圖5.1 V時的效率和功率損耗
，負載為0 A至60 A，開關頻率分別為500 kHz和1 MHz

效率性能

值得注意的是
，在高輸出負載電流和較高開關頻率下，LTC7051的效率性能優於競爭產品。這是ADI已獲專利的Silent Switcherjishudeyoushi，gaijishugaijinlekaiguanbianyansulvbingsuoduanlesiqushijian，congerjiangdilezonggonglvsunhao。zheshidegengxiaochicunjiejuefangannengyigenggaokaiguanpinlvgongzuo，erbuhuixianzhuyingxiangzhengtixiaolv。zonggonglvsunhaoyuedi
，gongzuowendujiuyuedi，shuchudianliuyineryuegao，gonglvmidudeyidafutigao。

熱性能

LTC7051在效率和功率損耗方麵的優勢也有利於其實現更好的熱性能。在LTC7051和競爭產品之間觀察到大約3°C至10°C的溫差
，前者的溫度更低，如圖6所示。LTC7051的這種更好的性能要歸功於其精心設計的耐熱增強型封裝。

圖6.1 V輸出時的典型性能，負載為60 A，開關頻率分別為500 kHz和1.0 MHz

隨著環境溫度從25°C增加到80°C
，LTC7051與競爭產品之間的溫差擴大到大約15°C，前者的溫度同樣更低。

器件開關節點性能

從圖7可以看出，LTC7051的漏源電壓(VDS)峰值低於競爭器件。此外，當負載提高到60 A時，在競爭器件上測得的VDS處於峰值，同時可以看到長時間的振蕩。但是
，LTC7051設法減小了尖峰和振蕩，這同樣歸功於LTC705x DrMOS係列的Silent Switcher 2架構和內部集成的自舉電容。因此，開關節點上的過衝更低，意味著EMI以及輻射和傳導噪聲更低，並且由於開關節點過壓應力降低，可靠性因而更高。

圖7.1 V時的開關節點波形，分別在0 A和60 A負載下評估

器件輸出紋波性能

另一個參數是圖8所示的輸出電壓紋波。可以看到
，LTC7051的噪聲比競爭器件要小。噪聲降低的原因是Silent Switcher技術導致VDS尖峰更低且開關節點上的振蕩更小。如果沒有產生開關節點尖峰
，則輸出不會有傳導噪聲。

圖8.1 V時的輸出紋波波形，分別在0 A和60 A負載下評估

同樣
，LTC7051和競爭器件也進行了輸出噪聲擴頻測量
，如圖9所示。LTC7051優於其他DrMOS器件，並顯示出在開關頻率下產生的噪聲低於競爭器件的噪聲。噪聲差約為1 mV rms。

圖9.輸出噪聲頻譜響應：電壓為1 V
，負載為60 A，開關頻率為1 MHz

結論

LTC7051 DrMOS演示平台可用來公正地比較競爭產品。LTC7051將SilentMOS™架構和自舉電容集成到單個耐熱增強型封裝中，在高開關頻率下工作時可顯著提高功率轉換效率和熱性能。此外，LTC7051可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)響(xiang)鈴(ling)振(zhen)蕩(dang)和(he)尖(jian)峰(feng)能(neng)量(liang)
，後(hou)者(zhe)不(bu)僅(jin)表(biao)現(xian)在(zai)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)上(shang)，而(er)且(qie)會(hui)傳(chuan)播(bo)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)。在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)
，輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)需(xu)要(yao)嚴(yan)格(ge)的(de)容(rong)差(cha)，其(qi)中(zhong)之(zhi)一(yi)是(shi)標(biao)稱(cheng)直(zhi)流(liu)。然(ran)而(er)，高(gao)尖(jian)峰(feng)能(neng)量(liang)和(he)紋(wen)波(bo)造(zao)成(cheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)（它也會出現在輸出端）會消耗總體預算。功耗需求巨大的數據中心將能節省相當多的電能和成本，更不用說更少熱管理和EMI（這會顯著降低，甚至最終得以消除）帶來的額外好處，同時濾波器設計和元件放置規定仍會得到正確遵守。綜上所述，LTC7051應當是您的首選功率級和DrMOS器件，它能滿足您的VRM設計和應用需求。

來源：ADI，作者：Christan Cruz, Joseph Viernes, Kareem Atout, Gary Sapia, 和 Marvin Neil Solis Cabueñas

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