【導讀】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。

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