MPS眼里的電源模塊發(fā)展新趨勢

正如MPS電源模塊產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理涂瑞所說(shuō)，為了盡可能給客戶(hù)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(hù)硬件開(kāi)發(fā)周期，還可以減少PCB設計中反復迭代而產(chǎn)生的研發(fā)資源浪費。

“傳統的分立方案電源設計中，從芯片選型、到被動(dòng)元器件計算和選擇，等等這些過(guò)程就需要至少2周，甚至長(cháng)的需要到3個(gè)月的時(shí)間。接下來(lái)較為復雜的原理圖和Layout設計、 回板調試驗證，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(hù)省去大量前期選型、驗證的時(shí)間，并能減輕他們在原理圖和Layout的耗時(shí)。從過(guò)去的經(jīng)驗看，電源模塊會(huì )比分立方案減少多達70%的設計時(shí)間?！蓖咳鹋e例說(shuō)。
他進(jìn)一步指出，體積和散熱優(yōu)勢也是客戶(hù)選擇模塊產(chǎn)品的重要原因之一。據介紹，在電源模塊的設計中，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的區域內，這樣可以減少大量的平鋪面積，為客戶(hù)的PCB板節省1/3甚至高達1/2的占板空間。
從管腳的設計上看，電源模塊的功率路徑設計也是客戶(hù)選擇這類(lèi)型產(chǎn)品的另一個(gè)原因。據介紹，電源模塊的Vin、GND、Vout 這些功率路徑可以針對客戶(hù)的應用，做出相對更為優(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(hù)更關(guān)心的性能。
正因為擁有如此多的優(yōu)勢，市場(chǎng)上催生了對電源模塊的更多要求。
據涂瑞介紹，從2020年開(kāi)始，除了AC-DC以外，就屬這種包括板塊電源和POL電源在內的二次電源模塊（也就是傳統DC-DC電源模塊產(chǎn)品）需求增長(cháng)最為迅速。數據顯示，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，這預估會(huì )成長(cháng)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(cháng)之余，我們自然也能看到隨之而來(lái)的挑戰。在涂瑞看來(lái)，當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。面對這些挑戰，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，因為其具備多方面的優(yōu)勢：

一方面，這個(gè)多路輸出的模塊，加上3D封裝，能夠顯著(zhù)地提高電源的功率密度。同時(shí)，因為多路輸出的模塊是從整體來(lái)設計散熱方案，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 12A 的輸出；MPM54322可以支持雙路 3A 輸出，并聯(lián)可以實(shí)現 6A 輸出。
涂瑞告訴記者，針對一些客戶(hù)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)行遠端采樣，實(shí)現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)交錯并聯(lián)，提高紋波頻率，達到減小紋波幅值目的。

得益于其COT 的控制和一些數字接口，這些芯片還能做到快速的負載響應，也可以對模塊進(jìn)行在線(xiàn)監控，讀到輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度、各種保護告警狀態(tài)等各種數據。針對于一些不太希望用數字接口的客戶(hù)，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，這就大大擴展了其應用范圍。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計。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)玻璃纖維和導熱的膠體，能實(shí)現有效的進(jìn)行熱交換，使電感本體和晶圓之間達到熱平衡。借助這樣一體化的
熱設計，整個(gè)設計中不再存在某些過(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溫，進(jìn)一步減少發(fā)熱問(wèn)題?！蓖咳鹫f(shuō)。
利用這個(gè)設計，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)，它也應用了 ACOT 這種控制方式，能夠實(shí)現超快速的動(dòng)態(tài)響應。此外，還能支持有源的雙相并聯(lián)，能夠自動(dòng)去對負載進(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?xún)蓛刹⒙?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脠?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)擴展至800A ?！蓖咳鸶嬖V記者。

來(lái)到負載智能分配方面，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且獨立供電。熱狀態(tài)下輸出通道間短接時(shí)，模塊內部的負載智能分配電路可迅速實(shí)現在線(xiàn)負載均流，然后支持9A輸出（最大可支持12A）。此外，該電源模塊的數字接口能實(shí)時(shí)反饋供電電壓、電流、溫度、告警等監控信息，也能夠通過(guò)數字的方法來(lái)對模塊的某一路進(jìn)行開(kāi)通和關(guān)斷的操作，減少供電端口外圍監控電路設計，降低客戶(hù)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計，可以保證輸入的功率能夠對稱(chēng)排布，減少電磁波對外的輻射；其次，該芯片也支持開(kāi)關(guān)頻率可調，客戶(hù)可以根據自己系統級的一個(gè)具體的EMI要求，對這一顆芯片的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調節，調節這個(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(chēng)抖頻功能），能把峰值的EMI能量抖頻到其他的頻率段去。從MPS提供的數據我們可以看到，在做這 Class 5 RE 測試的時(shí)候，MPM3596的輻射測試值是遠遠小于這個(gè)Class 5的標準。
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。而在當客戶(hù)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還對其未來(lái)的產(chǎn)品規劃做了一個(gè)路線(xiàn)圖

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