MPS眼里的電源模塊發(fā)展新趨勢(shì)

正如MPS電源模塊產(chǎn)品線經(jīng)理涂瑞所說(shuō)，為了盡可能給客戶提供更簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)。而通過(guò)這種方法，不但能壓縮客戶硬件開(kāi)發(fā)周期，還可以減少PCB設(shè)計(jì)中反復(fù)迭代而產(chǎn)生的研發(fā)資源浪費(fèi)。

“傳統(tǒng)的分立方案電源設(shè)計(jì)中，從芯片選型、到被動(dòng)元器件計(jì)算和選擇，等等這些過(guò)程就需要至少2周，甚至長(zhǎng)的需要到3個(gè)月的時(shí)間。接下來(lái)較為復(fù)雜的原理圖和Layout設(shè)計(jì)、 回板調(diào)試驗(yàn)證，也都需要大量的時(shí)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(yàn)證的時(shí)間，并能減輕他們?cè)谠韴D和Layout的耗時(shí)。從過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)看，電源模塊會(huì)比分立方案減少多達(dá)70%的設(shè)計(jì)時(shí)間?！蓖咳鹋e例說(shuō)。
他進(jìn)一步指出，體積和散熱優(yōu)勢(shì)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(jì)中，可以通過(guò)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(jì)上看，電源模塊的功率路徑設(shè)計(jì)也是客戶選擇這類(lèi)型產(chǎn)品的另一個(gè)原因。據(jù)介紹，電源模塊的Vin、GND、Vout 這些功率路徑可以針對(duì)客戶的應(yīng)用，做出相對(duì)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(lèi)的客戶更關(guān)心的性能。
正因?yàn)閾碛腥绱硕嗟膬?yōu)勢(shì)，市場(chǎng)上催生了對(duì)電源模塊的更多要求。
據(jù)涂瑞介紹，從2020年開(kāi)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(zhǎng)最為迅速。數(shù)據(jù)顯示，這個(gè)在2020年還是一個(gè)2億美元的小眾市場(chǎng)。但到2024年，這預(yù)估會(huì)成長(zhǎng)為一個(gè)接近10億美元的較大市場(chǎng)。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(gè)電源模塊市場(chǎng)的需求量會(huì)更大。

在市場(chǎng)成長(zhǎng)之余，我們自然也能看到隨之而來(lái)的挑戰(zhàn)。在涂瑞看來(lái)，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(gè)方面。面對(duì)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(lái)，這是電源發(fā)展的一個(gè)重要方向，因?yàn)槠渚邆涠喾矫娴膬?yōu)勢(shì)：

一方面，這個(gè)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(shí)，因?yàn)槎嗦份敵龅哪K是從整體來(lái)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)通道之間的智能化配置；最后，多路輸出的模塊它會(huì)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(shuō)。
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(shí)現(xiàn) 12A 的輸出；MPM54322可以支持雙路 3A 輸出，并聯(lián)可以實(shí)現(xiàn) 6A 輸出。
涂瑞告訴記者，針對(duì)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(shí)，這兩顆芯片還能夠支持雙路分別進(jìn)行遠(yuǎn)端采樣，實(shí)現(xiàn)更高精度的電壓控制。在并聯(lián)的時(shí)候，芯片甚至還能支持雙相自動(dòng)交錯(cuò)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(duì)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(duì)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(guò)一顆電阻提供7種不同的工作模式選項(xiàng)，這就大大擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。例如常見(jiàn)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(dòng)化里面，MPS的這些芯片都能發(fā)揮重要的作用。
雖然那么強(qiáng)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(qiáng)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(jì)。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(guò)玻璃纖維和導(dǎo)熱的膠體，能實(shí)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(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)中不再存在某些過(guò)熱的瓶頸，從而可以從整體上提升模塊的熱性能。
“通過(guò)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(wèn)題?！蓖咳鹫f(shuō)。
利用這個(gè)設(shè)計(jì)，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(shí)，它也應(yīng)用了 ACOT 這種控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)超快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。此外，還能支持有源的雙相并聯(lián)，能夠自動(dòng)去對(duì)負(fù)載進(jìn)行一個(gè)動(dòng)態(tài)分配。該芯片還支持無(wú)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以支持四路 25A 輸出，能夠集成數(shù)字接口I2C；同時(shí)，這個(gè)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(chǎng)景，我們拿兩顆 82504 并聯(lián)在一起，可以做到比如說(shuō)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(guò)8顆82504并聯(lián)擴(kuò)展至800A 。”涂瑞告訴記者。

來(lái)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(dú)立供電。熱狀態(tài)下輸出通道間短接時(shí)，模塊內(nèi)部的負(fù)載智能分配電路可迅速實(shí)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(shí)時(shí)反饋供電電壓、電流、溫度、告警等監(jiān)控信息，也能夠通過(guò)數(shù)字的方法來(lái)對(duì)模塊的某一路進(jìn)行開(kāi)通和關(guān)斷的操作，減少供電端口外圍監(jiān)控電路設(shè)計(jì)，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(jì)，可以保證輸入的功率能夠?qū)ΨQ排布，減少電磁波對(duì)外的輻射；其次，該芯片也支持開(kāi)關(guān)頻率可調(diào)，客戶可以根據(jù)自己系統(tǒng)級(jí)的一個(gè)具體的EMI要求，對(duì)這一顆芯片的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)這個(gè)頻率輻射的峰值點(diǎn)；第三，該芯片還有一個(gè)主動(dòng)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(cè)試的時(shí)候，MPM3596的輻射測(cè)試值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)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(gè)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(shí)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(gè)輸出電流時(shí)，我們甚至還能夠拿多顆MPM3596進(jìn)行并聯(lián)，最多實(shí)現(xiàn)6顆并聯(lián)到36A的輸出。

作為一個(gè)電源產(chǎn)品方面的專(zhuān)家，除了上述產(chǎn)品外，MPS還對(duì)其未來(lái)的產(chǎn)品規(guī)劃做了一個(gè)路線圖

在為到公司未來(lái)的一個(gè)研發(fā)思路時(shí)，涂瑞回應(yīng)說(shuō)：“高壓、大電流、高功率密度是永遠(yuǎn)不會(huì)變的一個(gè)發(fā)展方向，而在這些發(fā)展方向的框架內(nèi)，MPS會(huì)更注重電源模塊的數(shù)字功能和智能化功能這兩點(diǎn)?！?/span>