眾所周知，長時間暴露在高工作溫度下是電子元件的最大敵人之一，它會加速半導體的故障并促進其他磨損機制，例如濕電解電容器的干燥。根據經驗法則，工作溫度每升高 10°C，預期壽命就會減少約 50%。相反，將溫度降低 10°C 可以使預期的可靠性提高一倍。??

轉換過程中效率低下導致的內部散熱是導致工作溫度過高的主要原因。實際上，設備操作員為低效的功率轉換付出了兩倍的代價：消耗的每一瓦特都是必須冷卻的另一瓦特，因此隨著總系統功率消耗的增加，需要額外的空調或冷卻能力來將環境溫度保持在規定的范圍內。顯然，提高能源效率可以通過減少對系統冷卻的需求來提高可靠性并降低運營成本。 ?

然而，功率轉換器的另一個品質因數是電流密度。對于給定的額定功率，更高的電流密度意味著更小的設備，這最終允許系統設計人員將更多昂貴的電路板空間用于增加功能的創收設備，例如處理器、ASIC 或 FPGA。此外，特別是小型 PoL 轉換器可以放置在更靠近板上主 IC 的電源引腳的位置，以獲得最佳的瞬態性能。 ?

理想的特性是轉換器同時更小、更節能并具有出色的散熱性能。有效處理熱量對于最大化電流密度或功率處理能力至關重要。一個很好的類比是考慮兩個身高、體重和體能相同的跑步者在炎熱的條件下跑步，例如在亞利桑那沙漠??的正午。唯一的區別是，一個人穿著合適的輕便跑步裝備，而另一個人則穿著能防止熱量離開身體的保暖裝備。在紙面上，兩者都可以達到相同的性能。但是第二名跑步者將無法像第一名那樣有效地散發身體產生的熱量，并且很快將無法繼續跑步。 ?

數字化解決難題

數字技術可以幫助克服電源轉換面臨的挑戰。例如，數字轉換器可以更小，因為它們比傳統的模擬轉換器拓撲需要更少的組件。組件數量的減少也有助于提高可靠性。在數字轉換器中，輸出電壓的檢測方式與模擬設計相同，但沒有誤差放大器。相反，感測電壓由 A/D 轉換器數字化，數字化值輸入到微控制器上的控制算法。隨著操作條件的變化，可以使用各種算法來優化性能。圖 1 說明了數字轉換器的主要功能塊。

圖 1：數字電源轉換簡化了電路設計并減少了元件數量。

愛立信 3E 單相 PoL 等轉換器采用先進的能量優化算法，可提高整個負載范圍內的效率。此外，由于具有特定的輸入電壓、輸出電壓和容性負載，這些轉換器允許優化控制回路以實現穩健和穩定的操作，并具有改進的負載瞬態響應。這種優化最大限度地減少了實現給定負載瞬態響應所需的輸出去耦電容器的數量，優化了成本并最大限度地減少了電路板空間。這有效地簡化了硬件設計，減小了整體模塊尺寸，并有助于提高可靠性。圖 2 顯示了數字轉換器技術如何使設計人員能夠在輕負載下提高效率，而傳統的模擬轉換器通常效率較低。

圖 2：數字電源轉換器可以在輕負載下提供顯著更高的效率。

3E PoL 的其他有助于提高效率的方面包括最新一代功率 MOSFET，它具有低內部電容和最佳導通電阻 x 柵極電荷品質因數 (R DS(ON) ?x Q g )，可最大限度地減少傳導和開關隨時損失。 ?

該系列中最新的轉換器 BMR466 可提供高達 60A 的電流，并已證明在半負載下以 5V 輸入和 1.8V 輸出實現 94.4% 的效率。BMR466 的 MTBF 根據行業標準 Telcordia 方法計算為 5000 萬小時。 ?

可以連接多達 8 個 BMR466，讓設計人員在為 60 A 和 480 A 之間的應用供電時可以依靠單個部件號。還可以將兩個或多個 BMR466 與外部時鐘同步以啟用相位擴展，這有助于降低輸入紋波電流，因此有效地降低了電容要求和效率損失。 ?

先進的熱性能

BMR466 的內部設計經過優化以實現低封裝外形。其 0.276 英寸（7 毫米）的高度最大限度地減少了對整個電路板冷卻氣流的干擾。此外，LGA 封裝的焊盤分布提供了出色的熱性能，使模塊能夠非常有效地散熱，同時受益于 0.98 x 0.55 英寸（14 x 25 毫米）的極其緊湊的占位面積。LGA 觸點對稱放置，以確保出色的機械接觸和焊接后的高可靠性。在內部，封裝技術消除了連接引線及其相關電感，并且大量 LGA 觸點是接地引腳。這些特性共同確保了出色的噪聲和 EMI 特性。

提高熱性能是最小化熱降額的關鍵，在不犧牲可靠性的情況下允許更高的輸出電流。圖 3 顯示了 BMR466 的熱降額曲線，輸出電壓為 1.0 V，在 70°C 的環境溫度下僅通過自然對流冷卻即可提供最大 60 A 的電流。對于 85°C 的環境空氣溫度，轉換器可以通過自然對流提供 48 A 的冷卻電流，或在 1.0 m/s 的氣流下提供 55 A 的電流。

圖 3：具有 1.0V 輸出的 BMR466 PoL 轉換器的熱降額。

BMR466 的降額電流能力與具有兩倍以上表面積和近四倍體積的競爭 PoL 相當，盡管它們具有更高的最大額定電流。考慮競爭性 80-A PoL 的降額曲線，如圖 4 所示，該曲線表明，對于 70°C 的環境空氣溫度和 1.0 -V 輸出。雖然這款競爭轉換器可以在 85°C 的環境溫度下以 1.0 米/秒的氣流提供高達 60 A 的電流，但這僅略高于在相同條件下運行的 BMR466 提供的 55 A 電流，盡管 BMR466 明顯更小.?

圖 4：具有 1.0-V 輸出的替代 80-A PoL 的熱降額曲線。

較大的 80-A PoL 的電流密度略高于 BMR466 的三分之一。考慮到用于數據中心服務器等應用程序的單個計算板可能需要多個（有時是 10 個或更多）大電流 PoL，在不降低最大電流或降低可靠性的情況下，可以實現的累積空間節省是顯著的，并且有價值的。

此外，數字轉換器可通過愛立信電源設計軟件等 GUI 進行配置，以確保最佳效率和性能、最低 BOM 成本和優化瞬態響應。該工具使系統架構師能夠控制參數，例如輸入和輸出欠壓/過壓、輸出過流/欠流限制和過溫/欠溫的開關頻率和閾值設置，以確保在一定范圍內的最佳效率運行條件。此外，使用相位擴展，可以顯著降低輸入紋波電流，從而降低輸入電容要求和效率損失。
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審核編輯：湯梓紅