【導讀】隨著人工智能（AI）與機器人技術的快速發展，在工業環境的自動化應用越來越廣泛，新型態的功率半導體器件具備體積小
、效率高等優勢，將能夠使這些自動化設備穩定的運轉。本文將為您介紹穩壓器的發展趨勢，以及Murata所推出的相關解決方案。

MOSFET提升開關頻率與轉換效率

自1970niandaikaiguanmoshidianyuanjinrushichangyilai，chuantongdefeigelijiangyawenyaqijiagoujibenbaochibubian，shiyoulianggekaiguanhuoyigekaiguanheyigeerjiguanzucheng。zhelianggekaiguanbiciyixiangcaozuo
，yigeshi“高側”串聯開關，可將電流傳導至受存儲能量的串聯電感器限製的負載，另一個是“低側”開關，允許電流繼續流入負載
，同時從電感器釋放能量。

到了1980年代中期
，業界引入了矽金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET），允許開關頻率從20-30 kHz增加到200-300 kHz。這種頻率增加導致電感器尺寸成比例地減小。FET的使用還將轉換效率提高了大約10%（從通常的60-70%提高到70-80%），並有助於加快開關轉換，從而提高EMI性能。

genjumoerdinglv，gonglvzhuanhuanrengranshiyizhongmonigongneng
，bingqiebunengzaiguipianzhongjinxingsuofang。yinci，guichicunjibenbaochibubian。suizhecailiaodegaijin，lvbodianrongjishufashenglehendabianhua，dianrongqidejiegouyesuizhijianxiao。ciwai
，jiangyawenyaqixianzaishiyongduocengtaocidianrongqi（MLCC）作為輸入和輸出濾波器
，並根據需要使用導電聚合物鉭固體電容器（POSCAP）作為大容量電容。電感器的變化非常小，隻要幾安培以上
，仍然是繞線組件，通常占電源轉換總電路板空間的50%。因yin此ci，電dian感gan器qi已yi成cheng為wei決jue定ding整zheng體ti解jie決jue方fang案an尺chi寸cun和he高gao度du的de問wen題ti組zu件jian。任ren何he通tong過guo縮suo小xiao電dian感gan來lai減jian小xiao解jie決jue方fang案an尺chi寸cun的de嚐chang試shi
，都dou意yi味wei著zhe開kai關guan頻pin率lv的de增zeng加jia
、效率的相應降低和EMI的增加。

新電源架構追求更小尺寸與更高的效率

為了追求更小尺寸和更高效的電源轉換，Murata為市場帶來一種新的電源架構，允許開關頻率保持在1-2 MHz範圍內
，同時減少所需的電感量
，並提高整體功率轉換效率。Murata采用特有的兩級架構，包括帶有開關模式電源的電荷泵（也稱為開關電容轉換器）。電荷泵是高度特有的技術

，解決了一些傳統上電荷泵在效率低下和高EMI方麵相關的基本問題。

Murata的de兩liang級ji架jia構gou不bu是shi單dan級ji降jiang壓ya
，所suo有you工gong作zuo都dou由you兩liang個ge開kai關guan和he一yi個ge電dian感gan器qi完wan成cheng，輸shu入ru到dao輸shu出chu電dian壓ya在zai電dian感gan器qi上shang轉zhuan換huan
，是shi在zai輸shu入ru和he輸shu出chu的de多duo個ge階jie段duan中zhong，將jiang整zheng個ge電dian壓ya轉zhuan換huan分fen解jie為wei許xu多duo小xiao的de電dian壓ya階jie。此ci外wai，與yu傳chuan統tong的de單dan級ji降jiang壓ya電dian路lu所suo看kan到dao的de相xiang當dang大da的de電dian流liu脈mai衝chong相xiang比bi，采cai用yong兩liang級ji架jia構gou的de電dian流liu幾ji乎hu是shi連lian續xu地di流liu入ru係xi統tong。

這種兩級架構的最終結果，便是Murata的傳導和輻射EMI架構所產生的EMI特征要低得多，這是因為單級降壓電路中EMI的主要來源是電感器，因為Murata在係統中使用的電感要少得多，所以自然消除了大部分EMI源。

這種兩級降壓架構，是在非常成熟的CMOS半導體工藝中，使用標準“現成”FET的架構創新。由於電感器不再是材料清單中的主要組件，因此功率轉換從通常占用係統電路麵積的30-40%縮(suo)小(xiao)到(dao)一(yi)半(ban)，且(qie)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)效(xiao)率(lv)。最(zui)後(hou)
，由(you)於(yu)電(dian)感(gan)器(qi)通(tong)常(chang)是(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)最(zui)高(gao)的(de)組(zu)件(jian)之(zhi)一(yi)
，因(yin)此(ci)這(zhe)種(zhong)架(jia)構(gou)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)薄(bo)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，提(ti)高(gao)封(feng)裝(zhuang)密(mi)度(du)，並(bing)使(shi)移(yi)動(dong)產(chan)品(pin)更(geng)為(wei)纖(xian)薄(bo)。

提供無損降壓轉換的功率半導體

Murata推出的功率半導體FlexiCP™的PE252xx係列，是基於Murata特有的絕熱或無損電荷泵技術的超高效電容分壓器產品。該技術非常適合為中間總線係統提供“無損”降壓轉換，以支持下遊負載點並實現更高水平的效率，該IC基於集成FET的集成電荷泵控製架構，能夠並聯連接以適應高功率係統要求。

Murata電荷泵可以把它想象成一個幾乎無損的直流變壓器

，且體積非常小，支持開環Vout跟隨Vin，Vout是Vin的固定比率（即÷2、÷3、÷4或×2、×3
、×4等），在一個部份內可能有多個比率（例如÷2、÷3），且無論比例如何，效率都保持大致相同（≈97%），具有低紋波
、EMI
、噪聲的相位交錯和軟開關，本質上可進行並行處理。

FlexiCP™功率半導體係列中的PE25200是用戶可選擇的÷2或÷3分壓電荷泵電容分壓器IC
，具有集成FET
，能夠以97%的峰值效率提供高達45瓦的功率，並可在2和3之間選擇分壓比，可以在移動計算應用中將2芯或3芯鋰平台轉換為1芯平台。

PE25200器件還可以采用前端DC-DC轉換器作為12Vin負載點設計的一部分，可應用於為數據中心
、網絡和光學設備供電的FPGA、DDR內存和ASIC。PE25200器件采用WLCSP封裝，具有啟用、電源良好
、頻率同步、循環跳躍、過流保護

、過溫保護、UVLO

、並聯運行等功能。

PE25200的典型應用包括兩芯和三芯鋰電平台
、超級本和筆記本電腦、全尺寸平板電腦，以及采用超薄外形設計、網絡和電信中的12VIN負載點設計的產品。Murata也推出PE25200評估套件（EVK），以允許客戶測試降壓DC-DC轉換器。

Murata另一款功率半導體FlexiCP™ PE25204則是一款超高效前端DC-DC轉換器解決方案，可將輸入電壓分壓為3或4份
，是具有集成FET的48V 4分壓電荷泵電容分壓器IC，能夠以97%的峰值效率提供高達72瓦的功率。

PE25204器件可並聯使用以增加輸出功率，在4分頻操作中支持18V至60V的輸入電壓範圍，在3分頻操作中支持18V至45V之間的輸入電壓範圍。PE25204提供適用於數據中心
、網絡設備、基站和光設備等產品，是各種48V至12V降壓轉換應用的高功率
、高效率解決方案。

PE25204采用WLCSP封裝
，可在非常薄的1 mm高度的解決方案中使用電容器
，支持啟用
、電源良好、頻率同步、過流保護、過溫保護、UVLO、並聯運行等功能，可應用於超級本／筆記本電腦、數據中心／服務器、網絡設備、基站
、光學設備
、工業應用等產品。Murata也提供PE25204評估套件（EK25204-01），可讓客戶輕鬆測試降壓DC-DC轉換器。

顯著減小尺寸／高度與提升轉換效率的解決方案

Murata的功率半導體FlexiBK™ PE241xx係列，是基於結合Murata特有的絕熱或無損電荷泵技術的超高效、2級負載點穩壓器。該技術非常適合從2或3節電池或12Vin負載點應用


，提供降壓轉換，並顯著減小解決方案的尺寸／高度，同時提高轉換效率。該IC基於集成式電荷泵控製架構和集成FET
，以配置由電荷泵和降壓穩壓器組成的2級架構。FlexiBK™ PE241xx係列都有相對應的評估套件可供選用。

FlexiBK™ PE241xx係列包括PE24101/ PE24102，支持一個輸出通道，最大輸出電流為6A，支持5.5V到14.4V的輸入電壓，以及0.6V到2.0V的輸出電壓，開關頻率為500到2000 kHz，具有90%的效率，支持I2C接口，采用WLCSP封裝。PE24101/PE24102搭配有MYTNA1R86RELA2RA與MYTNC1R86RELA2RA兩款超薄高效6A DC-DC UltaBK轉換器模塊，采用貼片封裝，支持PGOOD信號、過流保護、過溫保護、遠程開／關、輸出感應等功能。

另一款Murata FlexiBK™ PE24108則是一款超小型、薄型和超高效降壓DC-DC轉換器解決方案，是一款超高效、3.3Vin
、9A
、2級降壓穩壓器IC，通過使用創新的兩級設計，實現了極低的高度和緊湊的占位麵積
，該設計結合了電容器分壓器電荷泵和雙相降壓穩壓器，能夠在3V至3.6V的寬輸入電壓範圍內，提供每級9A的輸出電流，最多可並聯4相以支持36A，支持使用3.3V總線電源供電。

PE24108的輸出電壓由外部反饋電阻選擇
，並可通過外部AVS DAC進行調整
，在0.37和0.7V之間調節

，具有超高效率和低紋波性能，適用於空間關鍵和噪聲敏感的應用
，例如光模塊中的DSP/ASIC或網絡設備中的FPGA。PE24108可以並聯連接以用於更高電流的應用，典型應用包括光模塊、核心電源、ASIC、FPGA。

結語

Murata獨特的降壓轉換兩級架構是一種高度靈活的多級架構，包括特有的“管道”級開關電容網絡（電荷泵）yujiangyajixiangjiehe，wulunzhuanhuanlvruhe，jihudoushiwusunjieduan，xiaolvhendachengdushangyushuruheshuchudianyazhijiandechayiwuguan，nenggoudadajianxiaoledianganqichicun，zaizhenggedianyuanxitongzhongshiyongjianlizaibiaozhunCMOS工藝上的低壓FET
，采用交錯式電荷泵級操作，可降低紋波／EMI輻射和提供更好的瞬態性能
，將是電源應用的理想選擇之一。

來源：艾睿電子

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