高性能高密度DC/DC电源设计要点

一个完整、集成的电源解决方案中融入了所有这些先进技术。

负载点稳压器的大功率密度代表了大多数系统设计中重要的温度挑战。真正的问题是，要从系统内的稳压器中将热量导出来，而这些系统需要在广泛的温度范围内工作，温度通常可达50℃以上 。图4和图5显示了33W分立或传统模块负载点稳压器两面的热图像。图4显示了安装在20℃温度的板表面电感器温度与板温度的对比情况。电感器不能很好地将热量带到板上，因此电感器的热阻（qJA）不是最理想的。图5显示了两个安装在板背面的功率 MOSFET热图像。两个功率器件的温度都将近 100℃，比板温度高40℃。该功率MOSFET的8个外部引线是比较差的热导体，表示一个高的热阻。由于气流有限，这对板的背面来说是一个非常严重的热问题。由于元件之间的高度参差不齐，分立设计的散热比较困难。由于一些工业标准的电源模块有着与分立转换器相似的结构，因此也有同样的缺点。这些模块采用热阻相对较低的分立元件和标准印刷电路板材料，参差不齐的元件高度同样使散热困难。一个理想的电源模块需要针对器件正面和背面进行优化的热设计。

图6显示了与分立设计一样在 33W情况下的LTM4600微型模块热图像。其功耗与分立设计很类似，但占板面积更小。该微型模块优化的热封装可以得到一致的温升。功率元件安装在微型模块内部经过优化的底板上，并具非常低的热阻。微型模块的引脚也经过了优化，不仅有利于供电，而且也可以保证低热阻。

正面塑封材料也具有低热阻和温度一致性。在33 W的应用中，该微型模块的温度比板的温度仅高13℃。如果在LTM4600顶部安装一个小型BGA散热器，器件的温度会大大降低。穿过该散热器的气流可进一步降低温升，从而使微型模块在周围环境温度更高的情况下也能够全功率运行。由于其扁平的尺寸和优越的热性能，LTM4600微型模块可以安装在板的背面，并选择安装散热器在机箱上或者带有散热焊盘的板载体。

LTM4600对空间要求严格的电源设计具有独特的优势。该微型模块是一款独特的功率器件，它将高性能电源所需的所有元件集成在一个非常小的体积内。该微型模块可以像其它任何表面贴装的集成电路一样进行焊接，仅需要非常少的外部元件。该微型模块采用 15mm×15mm×2.8mm LGA 封装，可使功率提升到 40W，效率高达 94%。两个微型模块甚至可以并联在一起，使输出功率加倍。现在市场上产品设计周期越来越短，LTM4600 的易用性将能够缩短产品上市时间。

总体说来，大功率密度的设计难点可以通过创新的集成电路和封装技术得到有效的解决。LTM4600 微型模块集合了这些创新技术，可以解决大功率密度设计中的问题。模块化的趋势将继续流行，因为它在解决先进电源设计中经常出现的空间和热量问题方面非常有效。