集成稳压器消除了对分立元件的需求

集成稳压器 (IVR) 是电源管理芯片中的一个新类别，它声称已经缓解了功率密度和能源效率之间长达数年的平衡行为。Empower Semiconductor由三位模拟资深人士于 2014 年共同创立，创造了 5 × 5-mm 的占位面积，可消除或集成分立元件。

在典型的电源管理 IC (PMIC) 解决方案中，许多分立元件使其速度慢、成本高且体积大。该公司的 EP70xx 系列 PMIC 称为集成稳压器，具有三路输出 DC/DC 电源，无需外部组件（图 1）。

图 1：这两种功率器件的比较显示了提供 11A 输出的 PMIC 和提供 10A 输出的 Empower 的集成稳压器。（图片：赋能半导体）

新的电源芯片基于 Empower 的数字可配置硬件平台，通过在单个 IC 中提供多个电源，简化了 DC/DC 转换器的采用。“现在电源系统设计人员不必担心滤波设计以及他们将使用哪种电感器，”全球销售和营销高级副总裁 Steve Shultis 说。

Empower 是如何消除所有分立元件并以可放置在系统任何位置的微小外形尺寸使芯片可配置和可编程的？Shultis 说，虽然有一些电容器技术可以实现尺寸小型化，特别是在基于 CMOS 的电容器中，但真正的创新是消除了磁性。“电感器 IP 是秘诀，”他说。

根据 Empower 的首席执行官、总裁兼创始人 Tim Phillips 的说法，当您希望事情变得更小时，电感器一直是个问题。“因此，通过消除磁性元件和多层陶瓷电容器 (MLCC)，整个封装变得比典型电源系统中使用的电感器小三到五倍。”

菲利普斯补充说，过去五年来，业界一直在解决功率密度问题，主要是通过堆叠芯片，这导致成本和设计简单性之间的权衡。然而，菲利普斯说，该行业现在在开关频率方面遇到了障碍，因为它开始影响效率。“它不能在不损失效率的情况下变得更密集。”

数据中心是唾手可得的果实

当谈到开关速度和电源效率之间的权衡时，数据中心就是一个很好的例子，Shultis 称这对于公司的新电源芯片来说是唾手可得的果实。为什么？虽然每个人都专注于提高数据速率，但工程师们不知道如何处理功耗问题。“目前，数据中心正试图通过热管理和液体冷却等技术来管理电力，”舒尔蒂斯补充道。

数据中心的散热量已经达到极限。换言之，无论是网络接口卡 (NIC)、服务器还是光纤收发器，数据中心的功耗都达到了极限。例如，服务器驱动了数据中心 40% 的用电量。

因此，虽然光纤收发器等具有极高密度的微型设备无法绕过电源管理，但更糟糕的是电源变得太大。结果，由于它们的大小，它们离负载点太远了。

但是，如果系统设计人员能够在高耗电的处理器旁边进行电源管理，它将显着提高能源效率。“EP70xx 芯片非常小，可以直接集成到负载旁边，为设计人员提供终极密度，同时消除分布损耗，”菲利普斯说。

然后是芯片在运行中调整处理器电压的能力。它可以在 20 ns 内瞬间将电压从 0.5 扩展到 1 V。如今，它通常在 30 μs 内完成（图 2）。这相当于处理器方面的节能，而芯片消除了转换时间，这是一个有损事件。

图 2：新芯片中的超快动态电压缩放使处理器能够在纳秒内改变电源状态。（图片：赋能半导体）

与 SoC 共同封装

Empower 高管将数据中心作为主要见证，强调 EP70xx 芯片的更小尺寸、功率密度和动态电压缩放功能也适用于 AI、5G 和手机设计。DC/DC 转换现在在每个市场中都有应用，EP70xx 芯片为设计人员简化了它。

设计人员可以简单地将芯片放置在没有分立元件的 PCB 上，使用图形用户界面 (GUI) 选择设置，然后通过 I 2 C/I3C 端口加载它。他们不必担心输入和输出滤波器设计、反馈电阻和环路补偿。

Shultis 表示，将芯片集成到片上系统 (SoC) 中引起了很大的兴趣，因为它很小并且可以放在处理器基板的下面。“它非常薄，甚至可以集成在封装的底部，”他说。

EP70xx 系列集成电压调节器包括九种可用于各种电流配置的器件。样品和演示板可用，而全面生产计划在年底进行。

审核编辑 黄昊宇