每一代高端處理器、FPGA 和 ASIC 都因更重的負載而增加了電源的負擔，但是系統設計師很少為了符合這種功率增大的情況而額外分配寶貴的系統電路板空間。由于廣泛需要更多專用和安裝在電路板上的電源，以向多個電壓軌提供 POL (負載點) 調節，所以這種對電源的擠壓就更嚴重了。個別電源軌必須越來越多地在低電壓 (≤1V) 下支持數 10A至超過 100A 的電流，因而要求大約 1% 的初始準確度和出色的負載瞬態偏差 (低于幾%)。因此挑戰是找到準確和能在低電壓提供大的負載電流同時占用很少系統電路板空間的電源解決方案。

當發現一款功能合適的穩壓器解決方案時，必須對其進行功率損失和熱阻評估。倘若這兩項參數不能滿足系統的散熱要求 (特別是當系統必須在高環境溫度條件下運作時)，就會導致一款原本不錯的穩壓器解決方案大打折扣。顯然，轉換效率必須很高，以限制功率損耗，而且封裝設計必須具備很低的內部熱阻以及很低的環境連接熱阻。隨著解決方案的縮小，穩壓器和電路板之間的熱阻面積也減小了，這就使得保持電路板低溫度更加困難了，因為電源穩壓器通常將大多數功率損耗傳導到系統電路板中，從而顯著提高了系統的內部溫度。

真正的問題：熱量和冷卻成本

系統和熱設計工程師花費大量時間對這些復雜的電子系統進行建模和評估，以設計能去除以熱量形式體現功率損耗的解決方案。一般用空氣流動和散熱器來去除這種不想要的熱量。真正的問題是，隨著系統內部溫度的升高，新式處理器、FPGA 和定制 ASIC 通常消耗顯著增大的功率。不幸的是，這需要電源穩壓器提供更多功率，而且將增大內部功率損耗，從而進一步升高系統溫度。因此，消除功率損耗和熱量是非常重要，而且高密度電源解決方案必須限制功率損耗，并有效地消除熱量。但是，封裝極其緊湊的電源解決方案要么耗散過多的功率，要么無法有效地移除熱量，因此假如不實施大幅度的降額就不能在高溫環境中運作。需要一種適合的解決方案來幫助緩解這一實際問題。

毫不奇怪，為了使大功率設計的溫度保持在合理水平，注意冷卻方法是至關重要的。安裝風扇、冷卻板、散熱器以及有時將系統浸沒到特殊液體中都是一些設計師被迫采用的方法的實例。所有這些方法都是昂貴但必要的。不過，如果一個大功率負載點穩壓器能提供所需功率，同時能均勻和高效率地消散熱量，那么冷卻這部分電路的要求就會降低，從而能減少冷卻系統的尺寸、重量、維護工作和成本。

功率密度是誤導

談論高功率密度 DC/DC 穩壓器是誤導的，因為它不涉及器件溫度問題。當系統設計師決定選用一款可滿足系統對于 DC/DC 穩壓器的電氣、物理和電源要求的產品時，應當教會他們從器件的產品手冊中尋覓到更多的相關信息。下面舉一個例子：如果一個 2cm x 1cm 的 DC/DC 穩壓器向負載提供 54W 功率，它的功率密度額定值為 27W/cm2。這一數字也許會給一些設計師留下深刻印象，并滿足他們的搜尋要求：想要的功率、想要的尺寸和想要的價格。不過，被忘記的是熱量最終會轉變成溫度上升。如欲獲取重要的相關信息，則需研究分析 DC/DC 穩壓器的熱阻抗，尋找封裝的“結點至外殼”、“結點至空氣”和“結點至 PCB”熱阻數值。

繼續看上面的例子，該器件還有另一個吸引人的屬性。它以令人印象深刻的 90% 的效率工作。它消耗 6W 功率，同時提供 54W 輸出，所采用的封裝具備 20ºC/W 結點至空氣的熱阻。6W 乘以 20ºC/W，結果為在環境溫度之上升高 120ºC。當在 45ºC 的環境溫度時，這個似乎令人印象深刻的 DC/DC 穩壓器封裝結溫的計算結果就是 165ºC。165ºC 不是一個令人感覺很好的值，原因有兩點：(a) 它高于大多數硅 IC 大約為 120ºC 的最高溫度;(b) 它需要特別關注，以保持結溫在一個低于 120ºC 的較安全值。

上述的簡單計算有時會被忽視了。一個看似滿足所有電氣和功率要求的 DC/DC 穩壓器未能滿足系統的熱量指導原則，或者被證明由于在安全的溫度環境中工作需要采取額外措施，因此用起來太過昂貴。在首次參與評估電壓、電流和尺寸等屬性時，記著研究 DC/DC 穩壓器的熱性能是很重要的。

本文將介紹一種新的高密度和可擴展的 LTM4620 微型模塊 (µModule®) 穩壓器。內容將包括電氣、機械 / 封裝和熱性能以及不同的可擴展型電源設計。目標是展示一種新的高密度、可擴展的電源穩壓器，該穩壓器具備卓越的電氣性能、低功率損耗和獨特的耐熱增強型封裝設計，可幫助克服高功率密度挑戰。

LTM4620 雙通道 13A 或單通道 26A µModule 穩壓器

圖 1 顯示了 LTM4620 µModule 穩壓器的照片。LTM4620 采用 SIP (系統級封裝)，是 15mm x 15mm x 4.41mm LGA 器件。它能在 13A 時提供兩個獨立輸出，或在 26A 時提供單個輸出。該封裝支持在頂部和底部安裝散熱系統，以實現卓越的熱量管理。

圖 1：LTM4620 封裝：15mm x 15mm x 4.41mm LGA

圖 2 顯示了 LTM4620 µModule 穩壓器的方框圖。LTM4620 由兩個高性能同步降壓型穩壓器組成。輸入電壓范圍為 4.5V 至 16V，輸出電壓范圍為 0.6V 至 2.5V，而 LTM4620A 的輸出電壓范圍為 0.6V 至 5.5V。LTM4620 的電氣特性為 ±1.5% 的總輸出準確度、經過全面測試的準確均流、快速瞬態響應、具備自定時和可編程相移的多相并聯工作、頻率同步以及準確的遠端采樣放大器。

保護功能包括反饋參考的輸出過壓保護、折返過流保護和內部溫度二極管監視。

圖 2：LTM4620 方框圖