大功率、可扩展、封装占板面积很小、产生热量更少的POL 稳压器已经出现

数值中反映出的事实：40A LTM4636 的热性能和效率

LTM4636 是一款 40A  μModule 稳压器，采用 3D 封装技术，也称为 Component-on-Package (CoP，图 2)。该器件采用完全模制的 16mm x 16mm x 1.91mm BGA 封装。加上叠置在模制封装顶部的电感器，LTM4636 的总体封装高度即从 BGA 焊锡球(144 个) 底部到电感器顶部的高度为 7.16mm。

除了从顶部散热，LTM4636 还可以高效率地将热量从封装底部传递到 PCB。该器件有 144 个 BGA 焊锡球，这些焊锡球成排成排地连接到有大电流流过的 GND、VIN 和 VOUT。这些焊锡球合起来充当向 PCB 传递热量的散热器。LTM4636 为从封装顶部和底部散热而进行了优化。

在 12VIN、1VOUT、40A (40W) 满负载电流和标准 200LFM 气流时，LTM4636 的温度仅比环境温度 (25°C 至 26.5°C) 高 40°C。图 3 显示了 LTM4636 在上述条件时的热像。接下来的图 4 显示了降额数值。在 200LFM 时，LTM4636 在环境温度高达 83°C时提供 40A 最大电流。在环境温度高达 110°C 时，可以提供最大电流的一半 (即 20A)。这意味着，有气流时，LTM4636 提供负载电流的能力受环境温度的影响较小。


图 3：在 40W 时温度仅上升 40°C (12VIN 至 1VOUT，40A, 200LFM 气流)


图 4：200LFM、83°C 环境温度时提供 40A 最大电流

OUTPUT CURRENT：输出电流
AMBIENT TEMPERATURE：环境温度

MOSFET 性能最佳以及 DC/DC 控制器强大的驱动器是 LTM4636 转换效率很高的原因。以下是对 12Vin 电源进行降压转换的一些数字：3.3V、25A 时效率为 95%，1.8V、40A 时效率为 93%，1V、40A 时效率为 88%。图 5 总结了从 12Vin 转换到 1Vout 至 3.3Vout 的效率数字。


图 5：从 12VIN 转换到各种输出电压时，DC/DC 转换具有高效率

EFFICIENCY：效率
OUTPUT CURRENT：输出电流

具热平衡能力的 160W、可扩展 4 x 40A  μModule  POL 稳压器

一个 LTM4636 的负载电流额定值是 40A。两个采用电流均分模式 (或并联) 的 LTM4636 提供 80A 电流，4 个 LTM4636 则提供 160A 电流 (图 6 和图 7)。LTM4636 的电流模式架构允许在多个 40A 模块之间准确均分电流。准确的电流均分又允许在两个、3 个或 4 个并联器件之间平衡散热 (图 6 和图 7)。由于这种平衡散热能力，所以没有哪一个器件会过载或过热。这种器件的另一个特点是能够异相运行，以降低输出和输入纹波电流，纹波电流降低又有助于减少输入和输出电容器数量。例如，4 个 LTM4636 以 90° 相差运行 (360° ÷ 4)。该器件还提供时钟和相位控制功能。此外，增大功率时所需布局工作很简单，只需复制和粘贴占板面积即可 (符号和占板面积可用)。


图 6：精确电流均分使 4 个并联 LTM4636 能够平衡散热，在 12VIN、1VOUT、160A、400LFM 时，温度仅上升 40°C

FOUR PARALLEL MODULES AT 160A 40°C RISE：4 个并联模块，160A 电流，温度上升 40°C
Balanced Thermals Equate to Good Current Sharing and Thermal Design：良好的电流均分和热设计等于平衡散热


图 7：4 个并联 LTM4636 每个都具精确电流均分能力和高效率，12VIN 至 0.9VOUT，160A

PER MODULE CURRENT：每模块电流
ACCURACY：准确度
TOTAL OUTPUT CURRENT：总输出电流
EFFICIENCY：效率
LOAD CURRENT：负载电流

结论

为组件密集排列的系统选择 POL 稳压器需要仔细考虑器件电压和电流额定值以外的因素。评估封装的热特性是必不可少的步骤，因为该特性决定了设备的冷却成本、PCB 成本和尺寸。3D 封装方法，又称为叠置、垂直、CoP 封装方法，允许大功率 POL 模块型稳压器占用很小的 PCB 面积，不过更重要的是，允许高效率散热。LTM4636 系列是第一个受益于这种叠置封装技术的 μModule 稳压器系列。LTM4636 是一款以叠置电感器作为散热器的 40A POL  μModule 稳压器，效率为 95% 至 88%，工作时温度仅上升 40°C，且仅占用 16mm x 16mm PCB 面积。如需观看介绍 LTM4636 的视频，请访问：www.linear.com/LTM4636。