由於PMBus 規格設計可以為檢測和控製功率管理設備提供平台
，因此麵對有源功率管理設計時，工程師不得不圍繞 PMBus 規格進行設計。同時考慮到尺寸限製，必須最大限度地減少元器件的使用數量。而MPS 最新推出的集成 PMBus 負載點（PoL）調節器MPQ8645P 便可以輕鬆解決這兩大挑戰。

 

係統設計挑戰

 

在服務器
、電信和網絡基礎設施中，使用的典型電源架構包含一個 AC/DC 前端，負責生成 48V 直流電。該直流電會被輸送至 DC/DC 變換器
，在這裏電壓被轉換成 12V 中間母線結構。然後將 12V 母線電壓分配至板上多個負載點（PoL）變換器中
，為芯片或子電路提供電源。但是大多數芯片或子電路所需的電壓範圍僅為 1V-3.3V，電流範圍卻為幾十毫安至數百安培。且這些電壓軌對時序、電壓精度、裕量和檢測能力的設計要求非常嚴格。(見圖 1)

 

圖 1: 分布式電源架構示例

 

在這一複雜係統中，有時可能存在50多個負載點（POL）電壓軌。係統架構師和工程師需要設計出一種簡單的方式來管理這些電壓軌，包括輸出電壓、時序和最大允許電流。其中，有些處理器要求I/O電壓先於核心電壓上電，而有些ASIC則要求核心電壓先於I/O電壓上電
，同時還需要上電/下電時序。隻有采用簡單的方式來更改係統參數
，優化係統性能
，並為每個DC/DC轉換器存儲特定的配置，才能簡化設計。

 

為滿足有源功率管理的增長需求
，很多新係統設計轉向采用PMBus技術，因為其供電更加靈活。PMBus 可以簡化配置、時序以及電源檢測功能
，同時還能測定和響應警報及故障。最新的PMBus規格（1.3版本）介紹了自適應電壓調節功能（AVS），該功能可以支持處理器自主降低時鍾頻率和電源電壓。這樣，當輸出負載較輕時，它自己的功耗就會降到最低，從而顯著節電。PMBus 1.3 版本進行了諸多改進，比如更快的PMBus速度以加載更大的數據量[AP1] [YT2] , 更強的輸出電壓跟蹤係統以報告[AP3] [YT4] 警報閾值，還有用於與高優先級設備進行高速通信的快速區域讀/寫功能，以及允許在更寬範圍內實現更高精度的修訂數據格式。  

 

一(yi)旦(dan)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)複(fu)雜(za)性(xing)，縮(suo)短(duan)設(she)計(ji)周(zhou)期(qi)，設(she)計(ji)資(zi)源(yuan)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)緊(jin)缺(que)
，主(zhu)要(yao)取(qu)決(jue)於(yu)開(kai)發(fa)係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)知(zhi)識(shi)產(chan)權(quan)。這(zhe)通(tong)常(chang)意(yi)味(wei)著(zhe)隻(zhi)能(neng)在(zai)開(kai)發(fa)後(hou)期(qi)才(cai)能(neng)關(guan)注(zhu)電(dian)源(yuan)。由(you)於(yu)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)短(duan)，且(qie)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)專(zhuan)業(ye)知(zhi)識(shi)有(you)限(xian)，研(yan)發(fa)出(chu)尺(chi)寸(cun)小(xiao)效(xiao)率(lv)高(gao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)簡(jian)直(zhi)是(shi)難(nan)上(shang)加(jia)難(nan)。麵(mian)對(dui)不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)麵(mian)積(ji)，隻(zhi)能(neng)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)背(bei)麵(mian)做(zuo)文(wen)章(zhang)，而(er)有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)
，此(ci)種(zhong)方(fang)法(fa)也(ye)不(bu)可(ke)行(xing)。理(li)想(xiang)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)就(jiu)是(shi)將(jiang)整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)集(ji)成(cheng)在(zai)小(xiao)型(xing)封(feng)裝(zhuang)中(zhong)。

 

MPS 最新方案出爐

 

通常，處理從幾十毫安到數百安培應用程序的傳統方式會采用離散模擬解決方案。離散模擬解決方案的構建塊由一個控製器 IC 和一對外部 MOSFET 或一個驅動 MOSFET（DRMOS）IC 組成。這些部件采用適當數量的輸入輸出電容和電感來實現基本的功率轉換要求。然而
，最先進的現代係統設計要求具有監控、控製和獲取係統報告實時信息的能力。這些特性可以通過添加更多的外部組件來實現，例如電壓監測儀
、溫度傳感器
、模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）。這樣不僅增加了成本，還占用了大量的電路板空間，與最先進的現代係統設計理念相悖。

 

與傳統的離散模擬解決方案不同，MPS提出了一種整體解決方案-- MPQ8645P 是一款16V降壓穩壓器，可兼容 PMBus 接口
，其單相電流傳輸能力高達 30A，采用同步整流器以獲取最高效率，將所有元器件集成在單個矽片中。MPQ8645P 采用散熱性能更強的TQFN(4mmx5mm)封裝
，尺寸比使用獨立控製IC和功率級（不包括外部器件）的離散模擬解決方案小20-50%(見表1)。

 

表 1 芯片占板麵積：MPS vs 離散模擬解決方案

 

MPQ8645P 可以最大限度地減少外部元器件的使用數量，簡化電路圖和 PCB 布局指南(請見圖2)。僅需3步bu便bian可ke以yi完wan成cheng電dian源yuan基ji本ben設she計ji工gong作zuo。第di一yi步bu，選xuan擇ze合he適shi的de輸shu入ru輸shu出chu電dian容rong數shu量liang，滿man足zu應ying用yong的de電dian壓ya電dian流liu紋wen波bo要yao求qiu。第di二er步bu

，為wei應ying用yong挑tiao選xuan合he適shi的de電dian感gan，滿man足zu總zong負fu載zai電dian流liu要yao求qiu。第di三san步bu，將jiang電dian阻zu從cong各ge自zi的de引yin腳jiao處chu接jie地di
，設she置zhi電dian流liu限xian和hePMBus地址。其他功能和操作也可以通過PMBus進行編程。由於 MPQ8645P 的高度集成性和極簡的設計


，其典型效率高達 85 - 95%。比如
，在12V輸入至2.5V輸出的1MHz開關頻率應用中，MPQ8645P的峰值效率可達95%。

 

圖 2: 單相工作時的MPQ8645P典型應用電路圖

 

並聯和均流工作

 

圖 3: 多相工作時的MPQ8645P典型應用電路

 

MPQ8645P還可為大功率應用提供一種簡單的設計方法。圖三展示了多相工作時的 MPQ8645P 典(dian)型(xing)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)圖(tu)。它(ta)具(ju)有(you)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)
，並(bing)且(qie)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)並(bing)聯(lian)方(fang)式(shi)滿(man)足(zu)大(da)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)需(xu)求(qiu)。恒(heng)定(ding)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)可(ke)確(que)保(bao)平(ping)衡(heng)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)共(gong)享(xiang)和(he)匹(pi)配(pei)。在(zai)多(duo)相(xiang)操(cao)作(zuo)中(zhong)，所(suo)有(you)相(xiang)位(wei)的(de)ISUM引腳連接在一起
，從每個相位收集有關ISUM的信息
，並與平均電流進行比較，以確定 TON 脈衝的持續時間。MP8Q8645P 可實現精確的電流匹配功能，每相誤差[AP1] [YT2] 室溫下的4相操作(請見圖4)。 (見圖 4).。這可以降低熱點的潛在風險。MPQ8645P 可並聯高達8個IC
，最多相位高達24個
，可輕鬆支持最高720A的輸出電流。

 

圖 4: 4 相操作時，MPQ8645P 電流共享測量

 

係統監控/控製和調試/微調

 

與傳統的離散模擬解決方案相比，采用可兼容PMBus的電源IC具有諸多係統優勢。它可以提供簡單而靈活的配置
、電路板和準確的係統控製，以及具體而精確的監控和遙測功能。

 

在傳統的離散模擬解決方案中
，像輸出電壓
、電流限值、開kai關guan頻pin率lv和he過guo流liu閾yu值zhi這zhe些xie參can數shu通tong常chang需xu要yao一yi個ge或huo多duo個ge電dian阻zu來lai設she置zhi。應ying用yong中zhong的de任ren何he變bian更geng或huo更geng新xin均jun需xu要yao通tong過guo實shi際ji物wu理li部bu件jian的de返fan工gong或huo變bian更geng來lai實shi現xian。這zhe就jiu意yi味wei著zhe每mei個ge應ying用yong程cheng序xu都dou需xu含han有you一yi組zu不bu同tong的de組zu件jian供gong工gong程cheng師shi跟gen蹤zong。

 

MPQ8645P 僅需一套BOM就可支持各種不同的應用。如輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流（每個相位和總相）、開關頻率、故障保護以及更多其他參數均可通過PMBus來編程。而且還能動態調節這些參數。可以說，MPQ8645P 讓電源芯片變得更加人性化。

 

MPQ8645P 同時還采用了內置可多次編程（MTP）芯(xin)片(pian)
，用(yong)來(lai)存(cun)儲(chu)自(zi)定(ding)義(yi)配(pei)置(zhi)。工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)在(zai)每(mei)個(ge)係(xi)統(tong)微(wei)調(tiao)到(dao)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)以(yi)後(hou)，保(bao)存(cun)和(he)存(cun)儲(chu)所(suo)有(you)調(tiao)整(zheng)的(de)參(can)數(shu)，以(yi)便(bian)快(kuai)速(su)修(xiu)改(gai)參(can)數(shu)，最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)物(wu)理(li)硬(ying)件(jian)的(de)更(geng)改(gai)。MPQ8645P 避免了潛在的重複勞動，讓係統微調變得無障礙。

 

MPQ8645P 可兼容PMBus 1.3，具有監控能力，能夠讀取和報告實時信息（例如：電壓
、電流、電源、溫度、開關頻率和故障），從cong而er全quan麵mian了le解jie電dian源yuan的de性xing能neng。這zhe在zai測ce試shi和he調tiao試shi階jie段duan甚shen至zhi係xi統tong部bu署shu期qi間jian都dou非fei常chang有you用yong，工gong程cheng師shi可ke以yi通tong過guo預yu測ce性xing分fen析xi優you化hua係xi統tong運yun行xing時shi間jian

，並bing在zai需xu要yao修xiu複fu時shi利li用yong更geng多duo數shu據ju來lai最zui小xiao化hua停ting機ji時shi間jian 。

 

結論

 

有you源yuan功gong率lv管guan理li方fang法fa是shi實shi現xian係xi統tong內nei適shi應ying性xing水shui平ping的de關guan鍵jian
，這zhe對dui於yu滿man足zu不bu斷duan增zeng長chang的de數shu據ju通tong信xin和he網wang絡luo行xing業ye的de能neng效xiao需xu求qiu至zhi關guan重zhong要yao。同tong時shi也ye成cheng為wei係xi統tong架jia構gou師shi和he工gong程cheng師shi提ti供gong小xiao尺chi寸cun和he短duan設she計ji周zhou期qi新xin設she計ji方fang式shi。MPS最新的PoL調節器-MPQ8645P可直接解決這些挑戰。采用 MPQ8645P 無需進行元器件的選擇以及優化和布局設計，大大縮短了總體設計和係統故障解決時間，最終加快了上市時間。

 

 

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