FPGA的60W~72W高密度電源的電氣性能、熱性能及布局設(shè)計(jì)之深入分析
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
在啟動(dòng)時(shí)，LTM4601 的軟起動(dòng)功能通過使輸出電壓緩慢上升至其標(biāo)稱值來防止產(chǎn)生大的浪涌電流。啟動(dòng)時(shí)間與 VOUT 和軟起動(dòng)電容器 (CSS) 之間的關(guān)系式為：
例如：在未進(jìn)行裕度調(diào)節(jié)的情況下，一個(gè) 0.1μF 的軟起動(dòng)電容器將產(chǎn)生一個(gè) 8ms (標(biāo)稱值) 的上升時(shí)間 (見圖 5)。
并聯(lián)穩(wěn)壓器之間的均流在從啟動(dòng)至滿載的全過程中實(shí)現(xiàn)了良好的平衡。圖 6 示出了一個(gè)兩并聯(lián) LTM4601 系統(tǒng)的均勻分布輸出電流曲線，當(dāng)每個(gè) LTM4601 均上升至 10A 的標(biāo)稱輸出電流時(shí)，該系統(tǒng)總共可提供 20A 的輸出電流。
總之，DC/DC µModule 穩(wěn)壓器是獨(dú)立且完整的系統(tǒng)，其外形尺寸與 IC 芯片相當(dāng)。扁平、高效率和均流能力造就了適合新一代數(shù)字系統(tǒng)的實(shí)用型高功率解決方案。憑借平衡的均流和平穩(wěn)均勻的啟動(dòng)操作，在 48A 輸出電流條件下獲得了十分出色的熱性能。這款設(shè)計(jì)的簡單易行最大限度地縮短了開發(fā)時(shí)間，同時(shí)節(jié)省了板級空間。
熱性能和布局
通過并聯(lián) 4 個(gè) DC/DC µModule 穩(wěn)壓器提供 72W 功率
在本文的第一部分里，我們討論了一款針對四 FPGA 設(shè)計(jì)的緊湊和扁平的 48A、1.5V DC/DC 穩(wěn)壓器解決方案。這種新方法采用了 4 個(gè)并聯(lián)的 DC/DC µModule 穩(wěn)壓器 (見圖 1)，以增加輸出電流并實(shí)現(xiàn)各器件之間的均流。該解決方案所依靠的是這些 µModule 穩(wěn)壓器之間的準(zhǔn)確均流，以通過在一個(gè)狹小的表面積內(nèi)均勻地散逸熱量來防止熱點(diǎn)的出現(xiàn)。每個(gè) DC/DC µModule 器件都是一個(gè)完整的電源，具有板上電感器、DC/DC 控制器、MOSFET、補(bǔ)償電路和輸入/輸出旁路電容器。µModule 穩(wěn)壓器的占板面積僅為 15mm x 15mm，且高度僅為 2.8mm。這種扁平的外形可使空氣在整個(gè)電路上順暢地流動(dòng)，同時(shí)將熱量從電路去除 (圖 7~10)。此外，由于其高度很低，因此這款解決方案不會(huì)對周圍的組件產(chǎn)生熱遮蔽，從而為實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最佳熱性能提供了進(jìn)一步的幫助。
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