硅工藝技術的進步繼續將微處理器、FPGA和ASIC的晶體管幾何形狀降低到歷史水平。為這些大型復雜數字設備供電所需的電源電壓水平也在不斷縮小，從而帶來了獨特的電源設計挑戰。

一個主要問題是功率穩壓器在低輸出電壓下的轉換效率。例如，典型的高效率開關穩壓器在15A時將12V轉換為3.3V，其轉換效率為~93%。出于實際目的，由于I2R 損失。因此，處理49.5W負載的效率為93%，相當于3.72W的損耗。

同樣，15A 時輸出電壓要求低至 1V，效率為 76%，則功耗為 4.74W。由于功率級的尺寸限制，典型的高密度電源解決方案面臨著在低輸出電壓下實現高效率的挑戰。功率級必須具有高性能功率MOSFET和電感器，以提高低壓轉換效率，而不僅僅是增加解決方案尺寸。

實際上，許多功能豐富的數字設備對低壓電源的電流要求在>30A范圍內。因此，對于30A負載，效率為76%的1V輸出將產生9.48W的損耗，這肯定會帶來熱挑戰。散熱問題會隨著系統主板上所需的 30A 穩壓器數量而增加。

未經檢查的穩壓器功率損耗，加上其他系統功率損耗，會造成嚴重的熱挑戰。一個問題是小尺寸ASIC或FPGA漏電流會隨著系統溫度的增加而上升，從而影響系統性能和可靠性。

一種可能的解決方案是使用功率轉換器模塊，該模塊可以提供明顯高于應用所需的輸出功率，并在輸出電流點運行，從而最大限度地提高效率。當然，在空間受限的系統中，過大的解決方案是不可行的，并且該解決方案的電流限制遠高于所需的電流。

另一種解決方案是使用針對低輸出電壓效率進行優化的分立式電源轉換器。但同樣，空間限制和組件采購可能具有挑戰性。分立式設計的另一個挑戰是如何有效地冷卻它并散熱器具有不同高度的各種分立式電源組件。

μ模塊解決方案

圖 1 示出了一款完整的 1.0V/15A 轉換器，該轉換器采用采用 15mm × 15mm × 4.32mm 封裝的 LTM4627 μModule 穩壓器。LTM4627 集成了高性能電源路徑和控制電路，從而將設計簡化為幾個外部大容量電容器和幾個小電阻器。

圖1.一個完整的 1V/15A 轉換器只需要圍繞 LTM4627 μModule 穩壓器周圍的幾個組件，該穩壓器采用耐熱性能增強型 15mm × 15mm × 4.32mm 封裝。

LTM4627 的特性包括全差分遠端檢測、輸出電壓跟蹤和軟起動、利用突發模式操作或脈沖跳躍功能在輕負載條件下的高效率、電壓監視和頻率同步。LTM4627 采用一種電流模式架構，該架構使多個 μModule 穩壓器能夠并聯運行 （圖 5），通過準確的電流限值控制分擔負載以增加輸出電流。

LTM4627 μModule 穩壓器專為高效率轉換為低輸出電壓而優化 — 采用一個完整的轉換器封裝在一個小型、耐熱性能增強的外形尺寸中。輸入電壓范圍為 4.5V 至 20V，輸出電壓編程范圍為 0.8V 至 5V。圖2顯示了5V、8V和12V輸入下1V/15A的效率為82%至83%。與典型（和更大）解決方案相比，效率提高了6%至7%，或者在小尺寸中功率損耗提高了1.68W。

圖2.穩壓器的效率如圖1所示。

圖 3 示出了 LTM4627 在 12V 至 1V/15A 時的熱圖，無氣流或散熱。在65°C時，溫升比25°C環境溫度高~40°C。 ~3W的功率損耗乘以數據手冊中指定的θ賈13°C/W 的熱阻與熱圖中 40°C 的上升相匹配。

圖3.LTM4627 在 15A 電流下將 12V 轉換為 1V 且無強制通風或散熱器的熱圖。

LTM4627 封裝具有一個高導熱基板，其布局經過熱建模，旨在增強熱性能和均勻的散熱。雖然封裝很小，但它為PCB（和散熱器）提供了足夠的表面積，以最大限度地降低解決方案的整體熱阻。

圖 4 示出了 LTM4627 的 12V 至 1V 降額曲線。LTM4627 能夠以非常小的外形尺寸在較高的環境溫度下工作，并具有滿載能力。

圖4.LTM4627 的降額曲線將 12V 轉換為 1V。

圖 5 示出了一款采用兩個并聯 LTM4627 μModule 穩壓器的 2 相、30A 設計，這兩個穩壓器采用來自 LTC6908-1 的時鐘信號進行 180° 錯相時鐘。

圖5.一種基于兩個并聯 LTM4627 μModule 穩壓器的 2 相、30A 設計，時鐘錯相為 180°。如需更高的輸出電流，只需添加更多 LTM4627。

均流在穩態直流負載和動態瞬變期間均流均能很好地平衡。精確的遠端采樣放大器在負載點產生出色的電壓精度。要獲得更高的輸出電流，只需添加更多 LTM4627 即可。

結論

LTM4627 μModule 穩壓器是一款高性能多功能 DC/DC 轉換器，可用于許多需要在寬輸出電壓范圍內實現高效率的應用。非常小的外形尺寸和易用性使 LTM4627 非常適合于空間受限的設計。

審核編輯：郭婷