【導讀】無線網絡和數(shù)據(jù)中心帶寬的增加，驅動了高性能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單片結構和定制集成電感設計，MPM3695系列電源模塊可比同類產品節(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)負載在本質上要求電源穩(wěn)壓器具備快速瞬態(tài)響應，以滿足內核電源的電壓要求。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絡的專業(yè)知識?？删幊棠芰碗娫垂芾砉δ苁筂PM3695系列適合于各種應用。
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