DrMOS設計用於行動概念產品以期提高效率

行動技術與設計論壇的第二場主題為「DrMOS設計用於行動概念產品以期提高效率」，由台灣威世(Vishay)亞洲區市場開發暨應用技術總監楊益彰先生主講。威世創立於1962年，初期以製造金屬箔膜電阻(metal foil resistor)、應變規(strain gage)等，1985年起陸續併購電子零組件大廠如Siliconix、Telefunken、International Rectifier離散半導體與模組產品部門，成為離散半導體與被動元件的領導廠商。

楊益彰提到在傳統直流變壓電路設計中，需要有MOSFET場效電晶體、驅動電路、電感以及電容。英特爾(Intel)於2004年11月制定DrMOS 1.0規範，將驅動電路(Driver)與兩組MOSFET晶體整合成DrMOS(=Driver+MOSfet)單一電源管理晶片，操作頻率可達1MHz，規範上規定以1V電壓輸出，多相位串接時最大輸出電流可高達150安培，搭配一般四層PCB版下最大工作溫度為120℃，以空冷或加裝散熱片方式散熱；威世也接受Intel委託，設計第一款符合DrMOS規範的DrMOS壓降晶片。

楊益彰表示，由威世旗下Siliconix部門，推出第三代DrMOS晶片家族，有SiC762/769與SiC714/SiC734等，轉換效率高達91.5~93%，全系列元件符合IEC 61249-2-21的無鹵素規定，以及RoHS指令2002/95/EC環保規範。

楊益彰介紹了SiC762CD－採PowerPAK MLP 6x6的40腳封裝，內部整合高側邊和低側邊N通道MOSFET、驅動IC與輸出二極體(diode)於一體，腳位與DrMOS 6x6 version3.0規範相容，最高操作頻率1MHz。SiC762CD輸入電壓為3V~27V，內建MOSFET針對0.8V~2.0V的輸出電壓最佳化，以標準輸入電壓為24V做5V輸出時，可提供高達35A的連續輸出電流，能源轉換效率高達92%。

SiC762CD的PWM輸入與所有控制器相容，並支援有三態PWM輸入功能的控制器。驅動IC具備能自動檢測輕量負載條件的電路，可自動開啟跳頻模式工作(Skip Mode operation；SMOD)，使系統在輕負載下也能獲得極高的轉換效率；並提供低壓鎖定、突波、過熱預警等防護功能。

另一款同樣採PowerPAK MLF6x6封裝，整合高？低壓側N通道MOSFET、驅動IC的第三代DrMOS晶片－SiC769。腳位與DrMOS 6x6 version3.0相容，最高操作頻率1MHz，採用3V~16V的輸入電壓，分別提供針對3.3V和5V輸出的兩個型號，降低多相位串接電路拓樸型態下的電路面積與成本。

SiC769同樣支援三態PWM訊號輸入，閘極驅動IC接收來自VR控制器的一個PWM輸入，把它轉換成高壓側和低壓側MOSFET閘極驅動訊號；標準輸入電壓為12V，整合的功率MOSFET對 0.8V~2.0V輸出電壓進行最佳化，元件搭配符合DrMOS規範設計的伺服器、PC、圖形卡、工作站、遊戲機和其他高功率CPU系統時，可輸出最高達35A的連續輸出電流。驅動IC同樣具備能自動檢測輕量負載條件功能，可自動開啟跳頻模式(Skip Mode operation；SMOD)，提升在輕量負載下的高轉換效率，並提供低壓鎖定、突波、過熱預警等防護功能。

楊益彰指出，使用DrMOS壓降式變壓晶片，可以就以往需要兩組MOSFET功率晶體驚片與一組驅動IC晶片的組合，在空間上節省至少60%，同時Driver IC與MOSFET整合下，可以降低高頻率輸入時的寄生阻抗效應，以SiC769在1MHz頻率操作下，輸出30安培時僅需8W熱功耗，整合單晶片的外觀設計，也有助於客戶需要視決定採空冷，或者覆蓋散熱片的彈性散熱設計。而SiS769AC在突波防護上，瞬間開機造成的升壓突波僅14.9V，遠比離散式電源晶片造成的22.7V還要低。

楊益彰指出，相較於競爭對手同級晶片，在12V輸入？1.2V輸出？300Khz操作頻率的六相位設計中，威世VISHAY Siliconix SiC769CD6晶片，在標準50℃工作溫度下，轉換效率高達92%，競爭對手晶片在工作溫度升高130℃時，轉換效率降到86.18%，而此時SiC769CD6仍有88.79%；六相串接輸出電流量達到140安培時，同級競爭晶片溫度高達130℃，而SiC769CD6溫度僅106℃，低了24℃。

威世另外提供整合Driver驅動IC、電源控制器晶片(controller)、MOSFET於一體的microBUCK微壓降元件SiC413/414/417。microBUCK穩壓器具有高功率密度和在滿載條件下更好的熱性能，轉換效率高達93~95%，可搭配外部的陶瓷電容的設計；內建的LDO可以為閘極驅動電路(Gate Driver)提供5V電源，或者外部5V電源取代以達到最佳效率。為提升工作可靠性，全系列提供了逐週期電流限制、內部軟體啟動、低壓鎖定、過壓保護、電源良好輸出機制，以及在工作溫度大於150°C時關閉的熱防護功能。

楊益彰說，SiC413為SO8封裝，最大輸出3安培，輸入電壓4.75~24V，輸出電壓0.6~20V，最大操作頻率500KHz；6A輸出的SiC414與10A輸出的SiC417，是針對小體積、長時間供電行動裝置設計的DC-DC轉換器解決方案。SiC414採節省空間的MLP 4mm x 4mm 28腳位封裝，SiC417則為MLP 4mm x 5mm的32腳位封裝，最大操作頻率1MHz，輸入電壓3~28V，輸出電壓前者0.8~12V，後者0.5~12V，符合IEC 61249-2-21I無鹵素規定與RoHS指令的2002/95/EC環保規範。

可做為筆記型電腦、桌面電腦和伺服器，機上盒和HDTV，以及消費性電子？可攜式裝置內，CPU和GPU電壓調節的解決方案。

另外，楊益彰介紹威世第二代FunctionPak－SiFX1300單晶片外觀封裝架構，15mm x 15mm並分別提供LGA或BGA封裝。整合完整的10安培電源輸出的單晶片方案，轉換效率提高至96%，超快速靜態靜態反應，無鉛ROHS指令規範。目前蘋果(Apple)的iPhone手機內部，正是採用這款單晶片外觀封裝的穩壓元件。

威世原廠官方網站(www.vishay.com)也提供了選購指南、晶片封裝資訊、設計建議、電氣與溫度特性、建議電路設計等技術資訊、技術諮詢與支援。