关于DrMOS的分析和介绍

RT2702 是一款可在 -40℃ ~ +105℃ 的环境温度范围内工作的工业级 Buck 控制器，输入电压范围为 4.5V ~ 19V，可以 1% 的精度输出最低达 0.6V 的电压。它所采用的控制架构是 FCOT，这个词是 Flexible Constant On Time 的缩写，由立锜自己定义。按照常识，Constant On Time（固定导通时间）控制架构的导通时间是固定的，因而其工作频率会随着输入电压、负载条件的不同而发生变化，但有了 Flexible 的修饰以后就有所不同了。

先来看看 RT1702 的内部框图：

这里面没有电压模式、电流模式控制器里有的时钟信号发生器，与导通时间有关的电路是被我涂了颜色的文字部分所代表的端子和小框，导通时间生成电路 TON Gen. 受从 TON 进入的信号影响，这个影响的来源要从下图所示的应用电路中才能看到。

由图可见，TON 是通过一只电阻 R2 连接到 VIN 上的，因此我们可以知道 TON 将与 VIN 有关。实际上，它们之间的关系是这样的：

式中的 3.8p 代表的是 IC 内部集成的一个小电容，其容量为 3.8pF，RTON 就是上图中的 R2，VOUT 是输出电压，这几个数据对于一个应用来说都是固定值，唯一可以变化的就是 VIN 了，所以这个式子决定了 TON 和 VIN 之间的关系，它们之间基本上是成反比的。如果 VIN 已经确定，那么 TON 也就被确定了。

一个开关周期中的截止时间 TOFF 是如何确定的呢？对于 COT 架构来说，这是通过比较产生的，如下图：

开关导通期间，电感电流上升；开关截止期间，电感电流下降。这个过程中的电流均值便是负载电流的大小，高出负载电流的电感电流将进入输出电容，电感电流低于负载电流的部分则由输出电容的储能予以弥补，这一进一出之间就形成了输出电压上的纹波。纹波的另一部分是由进出输出电容的电流在电容内阻 ESR 上形成的，它和前者一起形成了总的输出电压纹波，只要此纹波的底部触及参考电压 VREF，一次时长为 TON 的导通过程就会发生，以便电感电流可以增加，弥补输出电压的损失。由于输出电压纹波幅度相对输出电压来说非常小，所以可以认为输出电压是恒定不变的，而电感电流下降的这段截止时间正是由输出电压决定的，所以截止时间 TOFF 几乎是不会发生变化的。当 TOFF 和 TON 都确定以后，工作频率也就确定了。

对于Buck转换器来说，它的占空比

所以有转换器的工作频率

这便是工作频率的计算公式，由于 TON 由前述的 RTON 决定，所以它也间接确定了工作频率，RT2702 容许的工作频率范围为 200kHz~1.2MHz。

以较高的频率工作，DC/DC 转换器所使用的电感、电容等外围元件都可以比较小，环路带宽可以很宽，高频响应特性可以做得很好，可以适应快速变化的负载的需求，但是如果负载进入很轻的状态，功率部分的开关损耗的占比就会显得很大，RT2702 支持在这时候进入 ASM(Audio Skipping Mode) 以降低损耗、提高效率，这种模式下的工作频率维持在人耳可以闻听到的频率范围之外，因而不会带来音频干扰。

在上面摘录的 RT2702 应用电路中出现了一个器件，名为 DrMOS，这是个什么东西呢？原来它是来源于 CPU 大王 Intel 在2004年给定的一个定义：Driver + MOSFET。

Driver + MOSFET，在一个普通的 Buck 转换器中就如下图中用红线围起来的部分：

此图摘录自 RTQ2823 的规格书，这是一款可在 -40℃ ~ +125℃ 环境温度范围内工作、工作电压范围为 4.5V~17V、负载能力为 8A 的 ACOT 架构 Buck 转换器，工作频率 400kHz、800kHz、1200kHz 可选。这样的器件负载能力那么高，工作温度范围那么宽，又要能以那么高的频率工作，设计上对于它的开关 MOSFET 的要求就会非常高，首先是导通内阻要很低，同时要求开关速度要很快，管子之间的引线、输入输出引线的阻抗都要非常低，封装的散热能力也要很好才行，这从下图所示的封装引脚布置上也能看出来：

图中封装信息部分标注的 FC 表明这颗 IC 使用了晶核倒装的结构，前面的文章里已经说过，这是把晶核和封装上的金属支架直接焊接在一起才能实现的，是属于降低阻抗、实现顺利导热的措施。

RTQ2823 以 8A 的负载能力就要这样做，那些需要负载几十 A、上百 A 电流的负载就需要更好的做法了，而 DrMOS 也就是因此产生的。下面就让我们来看一下 Intel 在定义 DrMOS 时预定义的封装及其引脚定义是如何做的，以便我们对它有一个很直观的认识。

与之对应的原理框图是这样的：

这些引脚不需要在每一款 DrMOS 产品上都出现，但我们可以看到 Intel 把大量的引脚都分配给了大电流进出的几个端子—— VIN、VSWH 和 PGND，芯片的底部还有大的裸露铜箔也是这几个端子的引出点，这样做的目的都是为了确保引线电阻是很低的、导热能力是很好的，很大的开关电流在经过这些地方时也不至于造成很大的电磁兼容性问题。通过这样的处理，与普通 MOSFET 相当的 DrMOS 可以用高几倍的功率密度实现电源转换，而热性能、EMI性能还非常好。如果你上百度百科去看， DrMOS 这个词还被某主板厂当作了发布广告的机会予以使用，这使我再一次意识到人人可编辑的网页资料其实也是蛮可怕的，给人的信任度打了很大的折扣，因为它的目的不是为了传递知识，而是为了商业利益。这世上只要有了利益，人们便可以不择手段了。

由于 DrMOS 内部已经集成了 MOSFET Driver，我们在设计电源转换控制器的时候便不需要再设计这部分，只需输出 PWM 信号和其他的控制信号即可，而重点就转向了控制器的其他部分，上面提到的 RT2702 也是如此，它具有一些很特别的能力，文章前面部分提及的只是其中的一点点而已，有兴趣的不妨点击文末的阅读原文找出它的规格书来看看。由于 DrMOSv 规格多样，最大的负载能力已达 50A，所以你使用 RT2702 与之配合便可达成这样的输出能力，稍后立锜还会提供加倍其能力的解决方案，有需求的读者不妨等等看。