低溫運(yùn)行、144W、4 x 40A μModule POL 穩(wěn)壓器

引言

LTM4636 是一款能提供 40A 的 μModule® 穩(wěn)壓器，其采用 3D 封裝技術(shù)，即旨在保持其低溫運(yùn)行的組件級(jí)封裝 (component-on-package，CoP)，見(jiàn)圖 1。該器件的主體是模制的 16mm x 16mm x 1.91mm BGA 封裝，在封裝頂部疊置了一個(gè)電感器以使其暴露在冷卻氣流中?？傮w封裝高度為 7.16mm。

除了從頂部通過(guò)裸露式電感器散熱之外，LTM4636 還可以高效率地通過(guò) 144 個(gè) BGA 焊球?qū)崃總鬟f到 PCB，這些焊球被分配給流有大電流的 GND、VIN 和 VOUT。

一個(gè) LTM4636 的負(fù)載電流額定值是 40A;兩個(gè)并聯(lián)轉(zhuǎn)換器能提供 80A 電流;4 個(gè) LTM4636 則支持 160A。通過(guò)并聯(lián) LTM4636 以增大供電功率是很容易：只需復(fù)制和粘貼單個(gè)穩(wěn)壓器占板面積即可，如圖 1 所示。

圖 1：LTM4636 的 3D 封裝把最熱的組件之一電感器置于頂部，這里有很大的表面積暴露在氣流中。通過(guò)并聯(lián) LTM4636 以增大供電功率是很容易，只需復(fù)制一個(gè)通道的布局并成倍地復(fù)制即可。這里的干凈布局顯示了各提供 40A 的 4 個(gè)通道。

LTM4636 的電流模式架構(gòu)允許在多個(gè) 40A 模塊之間精準(zhǔn)地均分電流。精準(zhǔn)的電流均分相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)在多個(gè)并聯(lián)器件之間均勻散熱的電源。如圖 2 所示，4-μModule 160A 穩(wěn)壓器中所有器件以彼此 1°C 以內(nèi)的溫差運(yùn)行，從而確保沒(méi)有個(gè)別器件發(fā)生過(guò)載或過(guò)熱情況。這極大地簡(jiǎn)化了散熱設(shè)計(jì)工作。

圖 2：并聯(lián)運(yùn)行的 4 個(gè) LTM4636 之間能精準(zhǔn)均流，對(duì)于 160A 應(yīng)用，溫度僅上升 40°C。

圖 3 示出了完整的 160A 設(shè)計(jì)。請(qǐng)注意，多個(gè) LTM4636 彼此異相運(yùn)行并無(wú)需使用時(shí)鐘器件，它們內(nèi)置了時(shí)鐘和相位控制功能電路。多相操作降低了輸入和輸出紋波電流，從而可減少所需的輸入和輸出電容器數(shù)量。這里，4 個(gè) LTM4636 異相 90° 運(yùn)行。

圖 3：140W 穩(wěn)壓器具有 4 個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的 LTM4636，每個(gè)都具有精準(zhǔn)電流均分能力和高效率，從 12V 輸入 至 0.9V 輸出 (在 160A)。

結(jié)論

為組件密集排列的系統(tǒng)選擇 POL 穩(wěn)壓器需要仔細(xì)考慮器件電壓和電流額定值以外的因素。評(píng)估封裝的熱特性是必不可少的步驟，因?yàn)樵撎匦詻Q定了設(shè)備的冷卻成本、PCB 的成本和最終的產(chǎn)品尺寸。