【導讀】無線網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心帶寬的增加，驅(qū)動了高性能FPGA和ASIC應用的快速發(fā)展，而這些應用均要求具備高功率密度、快速負載瞬態(tài)響應和智能電源管理功能的電源穩(wěn)壓器。MPS帶集成電感的先進MPM3695系列電源模塊為FPGA 和ASIC應用提供了通用的供電解決方案。與分立式負載點 (POL) 解決方案相比，MPM3695系列可以提供高達60%的功率密度，它簡化了PCB布局和功率級設計，只需最少的外部組件以及對電源變換器和補償網(wǎng)絡設計的最低專業(yè)知識要求。憑借著采用先進封裝技術的電源IC單片結(jié)構(gòu)和定制集成電感設計，MPM3695系列電源模塊可比同類產(chǎn)品節(jié)省高達40%的占板面積。
實現(xiàn)高功率密度
FPGA和ASIC應用的更高功率密度趨勢對電源模塊設計提出了挑戰(zhàn)。緊湊型的電源模塊本質(zhì)上需要高效的運行和良好的散熱管理。MPM3695系列采用引線框架封裝技術實現(xiàn)了從功率模塊到PCB的直接高效散熱，從而優(yōu)化了封裝尺寸和電流處理能力。該系列提供四種電源模塊，分別針對不同的輸出電壓和電流范圍量身定制。
MPM3695-25是其中一款25A智能降壓電源模塊，具有3.3V至16V輸入電壓范圍和0.5V至5.5V輸出電壓范圍。通過堆疊多個MPM3695-25，輸出電流最高可擴展至250A。MPM3695-25的頂部和底部如圖1所示。MPM3695-25 采用 10mmx12mmx4mm QFN 封裝，它集成了一個單片降壓變換器和一個電流處理能力高達25A的電感器。其功率密度達2.25kW/inch3，是25A級別中功率密度最高的市售電源模塊之一。MPM3695-25的高效運行成就了其高功率密度。它在12V輸入時的效率曲線如圖2所示。該器件在3.3V輸出電壓時達到94%的效率峰值，在主要工作范圍內(nèi)效率均超過80%。
圖1: MPM3695-25, 25A電源模塊
圖2: MPM3695-25在12V輸入時的效率曲線
MPM3695-10是另一款超薄10A降壓電源模塊，其輸出電流可擴展至高達 60A。1.6毫米的高度使該電源模塊能夠放置在PCB的底部，從而為高密度設計節(jié)省寶貴的電路板空間。MPM3695-10的頂部和底部如圖3所示。MPM3695-10的輸入電壓范圍為3.3 V至14V，輸出電壓范圍為0.5 V至3.3V。它采用緊湊的8mmx8mmx1.6mm QFN封裝，功率密度達3.7kW/inch3.
除此之外，MPM3695 系列還提供兩個效率增強型版本：MPM3695A-25和MPM3695A-10，其輸出電壓范圍在0.5 V至1.8V之間。
圖3: MPM3695-10，超薄10A電源模塊
FPGA和ASIC的動態(tài)負載在本質(zhì)上要求電源穩(wěn)壓器具備快速瞬態(tài)響應，以滿足內(nèi)核電源的電壓要求。在負載瞬變期間維持輸出電壓需要輸出電容器，其占據(jù)了相當大的電路板面積。而MPM3695系列采用多相恒定導通時間 (MCOT)專利控制方案，可以最大限度降低對輸出電容器的需求。MCOT控制使電源模塊能夠在瞬態(tài)事件期間動態(tài)調(diào)整開關頻率，從而最大限度地降低了對輸出電容器的能量需求。在穩(wěn)態(tài)操作下，MCOT控制保證了多相配置的交錯操作，也使輸入和輸出電流紋波最小化。此外，MCOT控制方案無需采用傳統(tǒng)電流和電壓模式控制方案中使用的復雜補償網(wǎng)絡，因此簡化了變換器的設計。圖4顯示了在25%負載電流階躍和200A/µs斜率下，MPM3695-10模塊的實驗波形。該器件具有1.2V輸出電壓，評估板上只安裝了兩個 47µF 輸出電容器。如波形結(jié)果所示，在負載電流瞬變期間，兩個47μF輸出電容器即可保持±3%或更佳的輸出電壓偏差。
圖 4：具有1.2V輸出的MPM3695-10在25%負載階躍下的實驗波形
可擴展智能電源模塊
MPM3695系列采用模塊化和可擴展的設計理念，每個模塊都是一個帶集成電感的獨立電源變換器模塊，可以輕松堆疊以處理更大電流。圖5展示了MPM3695系列并聯(lián)和智能特性的概念圖。其模塊化特性簡化了PCB布局和功率級設計，最大限度地縮短了開發(fā)提前期。設計工程師可以針對具有不同電流要求的各種電壓軌，輕松拷貝相同的布局設計。另外，模塊化設計還最大限度地減少了需要維護的部件數(shù)量，降低了擁有成本。
圖5: MPM3695系列具有可擴展性和可編程能力
MPM3695系列先進的智能特性使其能夠與智能電源管理系統(tǒng)完美配合。如圖5所示，MPM3695系列支持PMBus 1.3，電源模塊能夠報告其運行狀況和健康狀態(tài)（包括電壓、電流、溫度和各種故障報警）并接收來自主機的命令。MPM3695系列同時具備許多重要功能的可編程性，例如故障閾值、開關頻率、時序和導通模式，另外還支持實時導通/關斷控制和輸出電壓設置。搭配MPS開發(fā)的用戶友好圖形用戶界面 (GUI) Virtual Bench Pro，MPM3695系列還可提供定制服務，以滿足各種應用需求。
結(jié)語
當今的FPGA 和電信應用均要求快速上市、高功率密度和具備智能電源管理功能的電源解決方案，而MPM3695系列電源模塊完美契合該需求。該系列產(chǎn)品的模塊化特性最大限度地減少了原理設計和布局設計工作。其創(chuàng)新的MCOT控制方案不要求工程師具備設計復雜補償網(wǎng)絡的專業(yè)知識。可編程能力和電源管理功能使MPM3695系列適合于各種應用。
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