. 總結針對計算應用的典型同步降壓調節器負載設計規范；Tjcn、負載電流、DC和瞬態調節

. 簡單概述帶來典型的每相20 - 30 A電流的因素；工作頻率、瞬態響應和效率

. 解釋三要素概念=>額定輸出電流由三個因素確定：輸出功率/電流、效率，以及Tjcn-amb熱阻抗

. 總結功率級(Power Stage)器件設計特性，優化效率和熱阻抗

. 展示在效率、功率損耗和溫升等方面的測量數據

. 解釋采用如何測量安裝在電源板上的零部件的熱阻抗

. 探討受輸出電壓影響的效率和熱阻抗，及所產生的HS/LS占空比(duty cycle)

. 結論

II.典型的同步降壓計算負載規范

針對典型的同步降壓調節器計算負載需求，對功率級系列部件進行優化。這些應用將具有大范圍的電流水平且可以是單相或者多相。通過在每相基準上比較電源系統(power train)規范，我們注意到，許多設計顯示了共同的工作范圍。典型的每相電源系統規范為：

. 電源系統占空比為5 % - 40 %

. 工作頻率：300 kHz到600 kHz

. 負載功率：25 W

. 負載電流：25 A

針對此設計范圍，已對部件的功率級設定進行了優化。選擇了最通用的設計作為目標工作點- 12 Vin, 1 V / 25 A 輸出。

III.決定負載規范的因素

上述的參考設計規范—占空比、頻率、功率和電流—是通過平衡相當廣泛的電氣和散熱限制來設定的。對于典型的多相CPU電源，這些限制包括：

. 靜態負載運行期間的輸出峰峰值電壓紋波

. 負載瞬變期間的輸出電壓偏移

. 系統溫升極限

. 硅Tjcn設計極限

. 輸入電流紋波

將會討論每個設計因素的影響，以及折衷方案如何推動電源系統規范達到每相電流極限和工作頻率。

滿足這些系統性能目標需要平衡相互沖突的要求。對于穩態和瞬態負載，設計必須具有低輸出電壓紋波。每相DC電流、峰峰值紋波電流和工作頻率都會影響輸出調節。通過增加電源系統電感，可以減少靜態輸入和輸出紋波，但較大的電感將會降低供電瞬態性能。較高的工作頻率將減少紋波并改進瞬態性能，但較高的工作頻率將會引起效率降低，因為增加了開關損耗，由此增加了器件的溫升。

用于解決此局限的設計方法就是將總負載電流分成幾個并聯的電源系統，且允許每個都有相對高的紋波電流值。圖1和圖2顯示了單相設計與多相設計的紋波電流比較。

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圖1. 單相紋波電流

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圖2. 多相紋波電流

多相設計的優勢為幾個低頻單相電源系統的電流交錯。這帶來了較低的峰峰值紋波和較高的紋波頻率。對于給定的紋波電壓，還允許減少輸出電容數。對于每一個電源系統，可以使用小電感來實現良好的瞬態響應。但這將導致紋波的增加。通過相電流的交錯，將減少產生的輸出電流紋波，同時仍然允許良好的瞬態響應。另外，大多數控制器具有瞬態運行模式，允許對準各個相位，用于優化轉換速率。

對于給定的電感/電容元件的設置，較高的工作頻率將導致紋波減少并改進瞬態響應；或者設計人員可以選擇保持紋波恒定，并減少電感和輸出電容元件的尺寸。

注意，通過增加電源頻率或減少輸出電感，無法單獨滿足CPU負載的初始急速瞬態階段要求。需要低阻抗陶瓷電容的網格運作來滿足初始瞬態。但在減少剩余的輸出電容方面，更快的電源瞬態響應是有效的。

典型的每相25A、300kHz – 600kHz電源系統規格，是基于這些限制條件的最佳平衡。因此針對這一電流和頻率范圍所設計的器件將涵蓋范圍廣泛的應用。

IV.三要素

當新的部件發布時，我們常常會詢問它的額定電流。飛兆半導體的數據表使用行業標準方法來規定額定電流，基于元件放置在極大的散熱器上，并測量每個芯片發熱達到其額定Tjcn額定值時所需要的電流。這使得可替換元件之間容易比較，但在實際電源應用中對部件的有效電流能力的理解有些局限。

就像一只三條腿的凳子，部件的有效額定電流將基于三個不同因素的平衡：

. 輸出功率

. 效率

. Jcn-Ambient 熱阻抗

如圖3所示，對于在期望的額定電流上運行的部件，它必須滿足這三個限制因素的平衡；功率(Vout x Iout)、效率和熱阻抗。圖3中，25 A的灰色平面與曲面相交部分顯示了在Vout = 1 V時，實現25 A所需的效率和阻抗組合。例如，假如設計的效率為90%，那么它必須具有低于14 C / W的熱阻抗，以便保持溫升低于40 C。

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圖3. 額定電流與效率和熱阻抗的比較

由于在過去的五年里器件性能得到了改進， 25 A輸出設計已經從一個三或四個FET D-PAK設計演變為一個雙FET結構，并且現在已經演變為單一的5 mm x 6 mm功率級雙芯片。圖4顯示了在電源系統尺寸方面的顯著減少，這些已在這段時間內發生。

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圖4. 對于25 A設計的電源系統演變

可以使用A/mm^2來表述此尺寸方面的改進，這里mm^2尺寸是安裝部件所需的線路板面積尺寸。這包括封裝外形加上焊接位占位面積。圖5顯示了在密度方面的演變，它們是從一系列飛兆評測板上觀測到的，而這些評測板在過去五年里一直進行測試。

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圖5. 電源系統電流密度

在以下章節中，將回顧飛兆半導體能夠實現功率密度的顯著提高的設計改進。