4 GaN 轉換器 IC 設計與實作

採用具備整合式 GaN 的 48V_IN、960W 四相降壓轉換器參考設計，來評估以散熱為重點的設計考量。將負載分配至四個交錯的整合式 GaN 相位，可降低各相位的電流和功耗，同時滿足 48V 功率轉換所需的高輸出電流能力和精巧的解決方案尺寸。表 1 列出整體設計規格。

為了評估流經封裝、冷卻結構及 PCB 的溫度分布和熱流，我們進行了熱模擬。熱模擬係使用 Ansys Icepak® 熱建模軟體工具建立。圖 2 展示在無氣流的 25℃ 環境溫度下，四相降壓轉換器於滿 960W 輸出，且四顆 LMG708B0 元件各分配 6.29W 功耗時的穩態熱模擬。功耗的計算方式是在 25℃ 的環境溫度條件、滿 960W 輸出條件下取得參考設計的總損耗，並減去周邊被動元件產生的損耗，只保留 LMG708B0 元件產生的損耗。元件功耗相當於四相總功耗的 25.16W。四相的模擬封裝溫度約為 108℃，仍遠低於 LMG708B0 元件 135℃ 的建議外殼溫度。

此模擬也展示從整合式 GaN 元件經由雙面冷卻架構和 PCB 的熱路徑。然而，此模擬僅為最終硬體實作的近似結果。模型中的散熱器幾何形狀和最終散熱器略有不同，而且未納入 LMG708B0 封裝和散熱器之間所用的熱介面材料 (TIM)。TIM 會引入額外的外殼至散熱器熱阻抗，可能會影響雙面冷卻路徑的整體散熱性能。因此，模擬溫度可作為熱參考，用以與本文後續討論的實測轉換器性能進行比較。