在PC发展成为畅销的消费类产品的初期,英特尔公司便已决定将注意力集中在一种重要的性能指标--处理器时钟速度上。每一代产品的处理器时钟速度都攀升90~100MHz,并稳步提高到了数百兆赫,现在已经达到GHz级。在处理器时钟速度成为一种衡量PC性能的标准之后,英特尔公司与AMD公司仍在进一步提高处理器的速度。因此,处理器时钟速度在提高PC性能方面依然扮演着重要角色。但是,消费者开始认识到,就他们的具体任务而言,其他因素可能对提高机器的总体性能的贡献更大;比如控制工程网版权所有,一个快速硬盘可能会使你机器速度的提高比升级到更高时钟速度的处理器的效果还要大。
图1 作为当今受空间约束的电源稳压器产品的典型代表,Lambda公司的PL10单列直插式非隔离负载点变换器采用一种具有一个均匀散热的热平面的4层电路板结构。
PC市场上的这种情形与功率半导体制造商在改进功率FET开关方面取得的最新进展相似。由于英特尔公司和AMD公司一直在大力宣扬MHz和GHz级的处理器时钟速度,功率-FET场效应晶体管制造商也决意强调突出FET的沟道电阻即导通电阻如何如何之小,因为几年
图 2 传统的SO-8封装用模制材料把管芯包封起来,并主要靠互连引脚来散热。
正如微处理器引领逻辑设计一样www.cechina.cn,它们也是低功率变换方面的驱动力;为PC处理器供电的负载点稳压器想必在不到2V电压下已可提供80~90A电流,因此预计到2005年,微处理器芯核的功率需求在1V电压下将达到130A。这些安培数表示了峰值电流需求;即使采用4GHz处理器芯片常用的特殊散热措施,这些芯片也不能连续地耗散130W的功率。芯片上大功能块可根据需要进行开与关,因此对VRM(稳压器模块)的超快速瞬态响应的要求愈来愈高。到2005年,你将需要制造一种以400A/μS的响应速度工作,以满足服务器CPU需要的稳压器。
如果你更多地关注尖端的Pentium或者Athlon VRM,而不大关注苛刻的应用,那么,上述信息是否切题呢?如果你只想将最新器件用作控制功率流的固体开关,则上述信息或许不是切题的(参见附文《更高的集成度?》)。你可以相信这些器件具有很小的尺寸以及最小的导通电阻额定值。从事手持式或电池供电设备设计的设计师也可从硅工艺的改进中获得种种好处,硅工艺现已生产出近乎理想的开关,其封装尺寸远小于本文讨论的SO-8封装。SO-8及其派生的封装似乎吸引人们在最近对其进行最大的开发活动,这可能是这些封装体现了很高的电气性能与小得可以接受的电路板空间需求的最有效组合。但是,尽管最新的Pentium的种种需求代表一种极端情况,但却正在规定适用于其他开关器件与变换器的一套规则。对VRM的需求和对同步整流技术的改进,意味着额定电压较低的开关将首先发生器件与封装的革新,但是VRM所能达到的性能将会对其他方面树立信心。
可以减小但不能到零
至今,器件制造商业已大幅度地减小了FET自身的导通电阻。他们也已减小了在满足电流承受能力的条件下封装器件所占用的电路板面积,这的确也是一个好消息。制造商减小电路板面积,是通过改进封装、在相同的封装下容纳更大硅管芯以及提高硅管芯单位面积的电流承受能力三种措施来实现的。管芯较小,使开关完全导通所需的栅极电荷也较小--尽管这两个参数之间不存在确切的关系,而且两者之间的比值取决于不同制造商生产的器件的几何尺寸。
导通电阻不能达到零这一事实可能会完全冲淡上述的好消息;你仍然需要把器件所产生的热量散出去,而且这一热量现在就局限在比以前更小的区域中,这使得将管芯所产生的热量传送到电路板或者散热片的工作变得更加复杂。电源制造商Lambda公司的技术主管Andy Skinner指出CONTROL ENGINEERING China版权所有,从用户的观点看,放弃了引证"当你将某个器件安装在1平方英寸的铜片上面时,管芯温度就会上升" 的数据表。他解释说,首先,他使用这些封装与器件的理由是没有这一类面积供使用。Skinner补充说,事实上CONTROL ENGINEERING China版权所有,Lambda公司决不使用接近其额定电流的FET。Skinner指出CONTROL ENGINEERING China版权所有,"在极高效率需求的推动下",Lambda公司 "正在利用这些很低的RDS(ON) 值,而电流额定值几乎是作为副产品出现的"。Lambda 公司刚刚推出了Tarka系列非绝缘DC/DC变换器。它采用包含散热铜层与电