MPS眼里的電源模塊發(fā)展新趨勢
正如MPS電源模塊產(chǎn)品線經(jīng)理涂瑞所說,為了盡可能給客戶提供更簡單、更易用且可靠性更高的產(chǎn)品,MPS便把目光投向了電源模塊開發(fā)。而通過這種方法,不但能壓縮客戶硬件開發(fā)周期,還可以減少PCB設(shè)計中反復(fù)迭代而產(chǎn)生的研發(fā)資源浪費。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202212/441850.htm“傳統(tǒng)的分立方案電源設(shè)計中,從芯片選型、到被動元器件計算和選擇,等等這些過程就需要至少2周,甚至長的需要到3個月的時間。接下來較為復(fù)雜的原理圖和Layout設(shè)計、 回板調(diào)試驗證,也都需要大量的時間。在使用高集成度的電源模塊產(chǎn)品之后,可以幫客戶省去大量前期選型、驗證的時間,并能減輕他們在原理圖和Layout的耗時。從過去的經(jīng)驗看,電源模塊會比分立方案減少多達(dá)70%的設(shè)計時間。”涂瑞舉例說。
他進(jìn)一步指出,體積和散熱優(yōu)勢也是客戶選擇模塊產(chǎn)品的重要原因之一。據(jù)介紹,在電源模塊的設(shè)計中,可以通過各種3D堆疊的方法,將電感本體和IC本體封裝在同一塊XY的區(qū)域內(nèi),這樣可以減少大量的平鋪面積,為客戶的PCB板節(jié)省1/3甚至高達(dá)1/2的占板空間。
從管腳的設(shè)計上看,電源模塊的功率路徑設(shè)計也是客戶選擇這類型產(chǎn)品的另一個原因。據(jù)介紹,電源模塊的Vin、GND、Vout 這些功率路徑可以針對客戶的應(yīng)用,做出相對更為優(yōu)化的管腳布局,從而而使得功率回路最短、進(jìn)一步提高諸如EMI之類的客戶更關(guān)心的性能。
正因為擁有如此多的優(yōu)勢,市場上催生了對電源模塊的更多要求。
據(jù)涂瑞介紹,從2020年開始,除了AC-DC以外,就屬這種包括板塊電源和POL電源在內(nèi)的二次電源模塊(也就是傳統(tǒng)DC-DC電源模塊產(chǎn)品)需求增長最為迅速。數(shù)據(jù)顯示,這個在2020年還是一個2億美元的小眾市場。但到2024年,這預(yù)估會成長為一個接近10億美元的較大市場。如果再算上廣義上集成電感的Power Block和一些特種應(yīng)用的需求,整個電源模塊市場的需求量會更大。
在市場成長之余,我們自然也能看到隨之而來的挑戰(zhàn)。在涂瑞看來,當(dāng)中就包括了功率密度/體積、散熱、更多的輸出電壓軌、通用性和智能化等幾個方面。面對這些挑戰(zhàn),MPS給出了他們的解決方案——多路電源模塊。在MPS看來,這是電源發(fā)展的一個重要方向,因為其具備多方面的優(yōu)勢:
一方面,這個多路輸出的模塊,加上3D封裝,能夠顯著地提高電源的功率密度。同時,因為多路輸出的模塊是從整體來設(shè)計散熱方案,因此可以從整體上提升電源的散熱性能;另一方面,多路輸出的模塊有利于實現(xiàn)通道之間的智能化配置;最后,多路輸出的模塊它會有更好的 EMI 性能。
“MPS最新推出的,具有超高功率密度的MPM54522 和 54322 家族正是這樣的雙路輸出系列電源模塊?!蓖咳鹫f。
據(jù)介紹,這兩顆產(chǎn)品的輸入電壓范圍都是從 2.85V 到 16V,輸出電壓范圍是從 0.4V 到 3.8V。至于輸出電流方面則略有不同:MPM54522可以支持雙路分別輸出 6A,并聯(lián)可實現(xiàn) 12A 的輸出;MPM54322可以支持雙路 3A 輸出,并聯(lián)可以實現(xiàn) 6A 輸出。
涂瑞告訴記者,針對一些客戶的要求,這兩顆芯片還可以提供可選的 LDO 的功能。同時,這兩顆芯片還能夠支持雙路分別進(jìn)行遠(yuǎn)端采樣,實現(xiàn)更高精度的電壓控制。在并聯(lián)的時候,芯片甚至還能支持雙相自動交錯并聯(lián),提高紋波頻率,達(dá)到減小紋波幅值目的。
得益于其COT 的控制和一些數(shù)字接口,這些芯片還能做到快速的負(fù)載響應(yīng),也可以對模塊進(jìn)行在線監(jiān)控,讀到輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度、各種保護(hù)告警狀態(tài)等各種數(shù)據(jù)。針對于一些不太希望用數(shù)字接口的客戶,MPS還提供了一些模式選擇功能,通過一顆電阻提供7種不同的工作模式選項,這就大大擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。例如常見的 FPGA 和 ASIC 電源、電信和 AI 加速卡里面一些支路接口電源、PCIe 加速卡,甚至在光模塊和工業(yè)自動化里面,MPS的這些芯片都能發(fā)揮重要的作用。
雖然那么強大,但這兩顆料的封裝的尺寸卻是非常?。∕PM54522是 5x6.5x2.9mm 。MPM54322是 5x5.5x1.8mm ),這就讓其擁有更大的靈活性。
而為了增強其散熱能力,MPS在這系列產(chǎn)品中引入了一種基板嵌入式設(shè)計。具體做法是將其晶圓被嵌入在基板里,然后把電感貼裝在基板表面。電感和IC之間通過玻璃纖維和導(dǎo)熱的膠體,能實現(xiàn)有效的進(jìn)行熱交換,使電感本體和晶圓之間達(dá)到熱平衡。借助這樣一體化的
熱設(shè)計,整個設(shè)計中不再存在某些過熱的瓶頸,從而可以從整體上提升模塊的熱性能。
“通過在晶圓的頂部加裝特別的金屬塊,能快速地把晶圓的發(fā)熱傳導(dǎo)至封裝后模塊的表面,這與散熱器配合可以極大地降低晶圓的結(jié)溫,進(jìn)一步減少發(fā)熱問題?!蓖咳鹫f。
利用這個設(shè)計,MPS推出一款名為MPM54524的產(chǎn)品。這顆產(chǎn)品的輸電壓范圍覆蓋了從 4V 至 14V 再到 16V 。同時,它也應(yīng)用了 ACOT 這種控制方式,能夠?qū)崿F(xiàn)超快速的動態(tài)響應(yīng)。此外,還能支持有源的雙相并聯(lián),能夠自動去對負(fù)載進(jìn)行一個動態(tài)分配。該芯片還支持無源的雙相、三相甚至是四相一起并聯(lián)。
據(jù)涂瑞介紹,MPS還提供了一款集成散熱器的產(chǎn)品MPM82504E,其主要的一個優(yōu)點是可以支持四路 25A 輸出,能夠集成數(shù)字接口I2C;同時,這個模塊也支持多相并聯(lián)。輸出的配置模式也是非常靈活,可以支持四路 25A 輸出,也可以兩兩并聯(lián)輸出 50A,也可以3路并聯(lián)輸出75A,甚至4路并聯(lián)輸出100A?!霸谝恍┬枰箅娏鞯膽?yīng)用場景,我們拿兩顆 82504 并聯(lián)在一起,可以做到比如說6路并聯(lián)、7路并聯(lián)或者8路并聯(lián)。我們最大可以做到通過8顆82504并聯(lián)擴(kuò)展至800A ?!蓖咳鸶嬖V記者。
來到負(fù)載智能分配方面,MPS推出了具備此功能的電源模塊MPM54313,其三路輸出降壓電源模塊,每路輸出電流3A且獨立供電。熱狀態(tài)下輸出通道間短接時,模塊內(nèi)部的負(fù)載智能分配電路可迅速實現(xiàn)在線負(fù)載均流,然后支持9A輸出(最大可支持12A)。此外,該電源模塊的數(shù)字接口能實時反饋供電電壓、電流、溫度、告警等監(jiān)控信息,也能夠通過數(shù)字的方法來對模塊的某一路進(jìn)行開通和關(guān)斷的操作,減少供電端口外圍監(jiān)控電路設(shè)計,降低客戶產(chǎn)品的供電端口體積和成本。
MPM3596則是MPS推出的一款電磁兼容方面性能比較優(yōu)異的芯片。
首先,該芯片采用了雙邊輸入電容的設(shè)計,可以保證輸入的功率能夠?qū)ΨQ排布,減少電磁波對外的輻射;其次,該芯片也支持開關(guān)頻率可調(diào),客戶可以根據(jù)自己系統(tǒng)級的一個具體的EMI要求,對這一顆芯片的開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)這個頻率輻射的峰值點;第三,該芯片還有一個主動的主頻率拓展功能(俗稱抖頻功能),能把峰值的EMI能量抖頻到其他的頻率段去。從MPS提供的數(shù)據(jù)我們可以看到,在做這 Class 5 RE 測試的時候,MPM3596的輻射測試值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個Class 5的標(biāo)準(zhǔn)。
具體到性能方面,如圖所示,該芯片能夠支持一個超寬電壓輸入,其輸出電壓的范圍也是非常的寬。在單顆使用的時候,該芯片還可以工作在兩路,分別輸出3A或者是兩路并聯(lián)在一起單顆輸出6A的工作模式。而在當(dāng)客戶需要更大的一個輸出電流時,我們甚至還能夠拿多顆MPM3596進(jìn)行并聯(lián),最多實現(xiàn)6顆并聯(lián)到36A的輸出。
作為一個電源產(chǎn)品方面的專家,除了上述產(chǎn)品外,MPS還對其未來的產(chǎn)品規(guī)劃做了一個路線圖
在為到公司未來的一個研發(fā)思路時,涂瑞回應(yīng)說:“高壓、大電流、高功率密度是永遠(yuǎn)不會變的一個發(fā)展方向,而在這些發(fā)展方向的框架內(nèi),MPS會更注重電源模塊的數(shù)字功能和智能化功能這兩點?!?/span>
評論