摘要

當(dāng)今的電子器件，尤其是高性能處理器和FPGA，對(duì)電力的需求不斷攀升。在此背景下，電源管理解決方案必須不斷進(jìn)化，以提供更高的電流并確保設(shè)計(jì)靈活性。本文探討了如何將多通道電源管理集成電路(PMIC)用作單通道大電流電源。并聯(lián)多個(gè)穩(wěn)壓輸出可以提升總電流能力，同時(shí)保持嚴(yán)格的電壓調(diào)節(jié)和熱平衡。這種技術(shù)不僅簡(jiǎn)化了電源架構(gòu)，而且增強(qiáng)了設(shè)計(jì)復(fù)用，減少了電路板空間，并改善了數(shù)字信號(hào)處理器、處理器、FPGA和微控制器等復(fù)雜電子器件中的熱分布。

引言

在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源管理集成電路(PMIC)因其能為復(fù)雜電源架構(gòu)帶來設(shè)計(jì)靈活性而越來越受到重視。傳統(tǒng)電源解決方案主要關(guān)注效率和電壓調(diào)節(jié)，而PMIC則更進(jìn)一步，將多個(gè)電源軌、時(shí)序控制邏輯、故障保護(hù)和遙測(cè)功能集成于一個(gè)緊湊的器件中。多通道PMIC通常用于管理多個(gè)電源輸出，每個(gè)通道為系統(tǒng)的特定部分提供穩(wěn)定的電壓。這些器件還可以配置為多相模式，方法是組合多個(gè)通道來供應(yīng)單個(gè)大電流軌，從而有效取代單通道大電流調(diào)節(jié)器。此方法涉及并聯(lián)多個(gè)通道，以確保各個(gè)通道均等分擔(dān)負(fù)載，防止任何單一通道過載。這種靈活性在需要大電流傳輸，同時(shí)保持效率和可靠性的應(yīng)用中特別有用。此類PMIC通常用于數(shù)字信號(hào)處理器、處理器、FPGA和微控制器等復(fù)雜器件中，其中多個(gè)子系統(tǒng)需要不同的功率水平。

為了滿足不同應(yīng)用的大電流需求，LT7200S采用薄型5 mm × 6 mm、48引腳LQFN封裝，ADP5055和ADP5056采用5.00 mm × 5.50 mm LGA封裝，而且全都具有并聯(lián)能力以實(shí)現(xiàn)大電流供電。

典型應(yīng)用

隨著數(shù)據(jù)速度的提升和工作負(fù)載的增長(zhǎng)，FPGA和SoC不斷演進(jìn)，以滿足不斷上升的速度和容量需求。電源也必須隨之發(fā)展，在提供更大電流的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。此外，簡(jiǎn)便性和可靠性同樣重要。對(duì)于需要15 A以上電流的系統(tǒng)，可以并聯(lián)多個(gè)LT7200S穩(wěn)壓器并錯(cuò)相運(yùn)行，確保功率輸送高效穩(wěn)定。圖1和圖2展示了LT7200S的典型應(yīng)用原理圖，它支持雙相和四相操作，通過并聯(lián)為負(fù)載提供更高的輸出電流。這款器件采用四相架構(gòu)，四個(gè)內(nèi)部同步降壓型穩(wěn)壓器通道能夠高效并聯(lián)。每個(gè)通道能夠輸出或吸收±5 A的電流。當(dāng)四相并聯(lián)時(shí)，合計(jì)可向公共輸出端提供高達(dá)±20 A的電流。而這是通過精密電流模式控制實(shí)現(xiàn)的，它能確保所有通道間精確均流，從而提升熱平衡和系統(tǒng)可靠性。

圖1.四相并聯(lián)，用作20 A單輸出PMIC

圖2.雙相并聯(lián)，用作10 A/10 A雙輸出PMIC

這款器件通過PHMODE引腳支持相位交錯(cuò)，允許每個(gè)通道與其他通道錯(cuò)相運(yùn)行，從而顯著減少輸入和輸出紋波。此外，MODE/SYNC引腳支持與外部時(shí)鐘同步，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)切換，并盡可能減少敏感應(yīng)用中的噪聲。

工作頻率可通過外部電阻設(shè)置在400 kHz至3 MHz范圍內(nèi)。用于對(duì)開關(guān)噪聲敏感的應(yīng)用時(shí)，工作頻率支持外部同步。獨(dú)特的“可鎖相、受控導(dǎo)通時(shí)間、恒定頻率、電流模式”架構(gòu)非常適合要求快速瞬態(tài)響應(yīng)的高頻、高降壓應(yīng)用。

LT7200S采用Silent Switcher® 2技術(shù)，憑借創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和封裝工藝，能夠在實(shí)現(xiàn)高效率的同時(shí)降低電磁干擾(EMI)。得益于這項(xiàng)獨(dú)特技術(shù)，這些穩(wěn)壓器對(duì)PCB布局變化的敏感度大幅降低，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，還顯著提升了整體性能表現(xiàn)。

LT7200S性能圖

圖3顯示了四相LT7200S解決方案的效率。四相配置與圖1所示配置類似，開關(guān)頻率為1 MHz，電壓從12 V降至1.2 V。它可提供高達(dá)20 A的連續(xù)負(fù)載電流。PHMODE引腳接GND，導(dǎo)致每個(gè)通道發(fā)生90°相移。這種交錯(cuò)操作能夠減少輸入電流紋波，使熱負(fù)荷在整個(gè)電路板上均勻分布，降低對(duì)輸入和輸出電容的要求，盡可能減少EMI，并提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。為確保在穩(wěn)態(tài)和啟動(dòng)期間更好地均流，應(yīng)將ITH、FB和TRACK/SS連接在一起。

這款器件在12 V輸入下實(shí)現(xiàn)了88%的峰值效率，并在20 A滿負(fù)載電流下保持86%的效率。圖4顯示了LT7200S在12 V降至1.2 V/20 A條件下工作的熱圖像，表明它在四相操作期間實(shí)現(xiàn)了良好的均流。

圖3.LT7200S四相效率，12 V降至1.2 V，1 MHz

圖4.LT7200S熱圖像：12 V降至1.2 V，20 A，1 MHz，無氣流，TA = 25°C

類似地，ADP5055和ADP5056在一個(gè)43引腳LGA封裝中集成了三個(gè)高性能降壓型穩(wěn)壓器，可滿足嚴(yán)苛的性能和電路板空間要求。

這些器件可直接連接高達(dá)18 V的輸入電壓，無需使用前置調(diào)節(jié)器。所有通道均同時(shí)集成高邊和低邊功率MOSFET，以優(yōu)化解決方案的效率。通道1和2提供3.5 A或7 A的可編程輸出電流，或在并聯(lián)工作模式下提供高達(dá)14 A的單路輸出電流。通道3提供1.5 A或3 A的可編程輸出電流。

ADP5055集成了高精度8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，可通過兼容PMBus®的雙線接口，實(shí)現(xiàn)輸出電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)(DVS)。PMBus接口提供了其他靈活配置，例如啟動(dòng)和關(guān)斷時(shí)序控制、單獨(dú)的強(qiáng)制脈寬調(diào)制(FPWM)或省電模式(PSM)選擇、輸出放電開關(guān)和電源良好信號(hào)。這些器件的額定結(jié)溫范圍是-40°C至+150°C。

結(jié)語

ADP5056、ADP5055和LT7200S等大電流PMIC更適合需要高效、靈活、可靠電源管理的應(yīng)用，具備高性能、靈活性和高集成度，是電信、數(shù)據(jù)中心和工業(yè)自動(dòng)化等復(fù)雜系統(tǒng)的理想選擇。并聯(lián)特性支持多個(gè)器件協(xié)同工作，從而提升電流能力和可靠性，對(duì)于需要可擴(kuò)展且穩(wěn)健電源解決方案的客戶至關(guān)重要。