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“电源模块愈来愈遭到市场的青睐，2020年市场范围达2亿美元，而估计到2024年将扩展到10亿美元。为这个市场带来盈余的离不开5G运用，尤其是5G 基站、以和5G中回传相干的路由装备、互换装备、光模块级相干板卡装备。将来两年，跟着AI年夜数据范畴、以和超等计较或者者超等计较单位等运用的迅猛成长，年夜电流及高功率密度模块、以和高能量密度的Power Block模块也将会迎来发作式的需求增加。
电源模块愈来愈遭到市场的青睐，2020年市场范围达2亿美元，而估计到2024年将扩展到10亿美元。为这个市场带来盈余的离不开5G运用，尤其是5G 基站、以和5G中回传相干的路由装备、互换装备、光模块级相干板卡装备。将来两年，跟着AI年夜数据范畴、以和超等计较或者者超等计较单位等运用的迅猛成长，年夜电流及高功率密度模块、以和高能量密度的Power Block模块也将会迎来发作式的需求增加。恰是由于，相对于在分立方案，电源模块所带来的利益不只一点，来听听MPS 电源模块产物线司理Roy Tu 是怎样说的。Roy转达了MPS开发电源模块的初志：他们是想经由过程提供更简朴、易用，高靠得住性的产物来削减客户硬件的开发周期，削减PCB设计中重复迭代而孕育发生的研发资源华侈。电源模块所带来的利益简朴、易用，提高效率：Roy进一步注释，于传统的分立方案电源设计中，从芯片选型、到被动元器件计较及选择的时间所需少则2周，多达3个月。而道理图及Layout设计、回板调实验证，这些较为繁杂的历程需要的时间就更多。而经由过程高度集成的电源模块，于以上历程中会年夜量节省开发所需的时间，从他们的经验来看，利用电源模块比拟分立方案削减多达70%的设计时间。下图直不雅可见，以100A的运用为例，从左图中不丢脸出分立方案所需器件较多，每一部件之间由繁杂的毗连。而右图采用电源模块集成，工程师只需简朴的输入电容及须要的输出电容以和反馈上下分压电阻就可以完成左侧电路的功效。
减小体积，提高散热能力：如今电子产物小型化的趋向不单要求电源方案的体积变小且散热能力更需晋升。电源模块化可以经由过程3D重叠的要领来削减PCB利用1/3-1/2的面积。恰是使用该要领，MPS电源模块于散热设计上也获得极年夜提高。3D重叠技能对于电感举行非凡的处置惩罚，将芯片的发烧经由过程电感本体、或者者外貌举行增强散热，有用的消弭解决方案中晶圆自己的发烧瓶颈。而对于工程师较为存眷的EMI问题，电源模块也能够经由过程功率路径设计来优化管脚结构从而做到机能提高。电源模块需求发作式增加下的挑军功率密度要求更高而体积则指望更：以OAM数据处置惩罚单位为例，跟着OAM尺度的演进，整个单位中电源方案需要及计较体系方案深度集成，云云处置惩罚单位的功率要求从600w到1kw，甚至朝着2kw迈进。电流从几百安培增长到1千安培或者者更高。效率最低达90%以上。尤其是当功率密度要求更高时反而体积却要做到更小。散热问题：以基站的发射杆塔对于电源的需求为例，跟着基站的地区结构更广，一些卑劣的情况下面对极具的高温，跟着5G杆塔的推广，一种铜铝散热器散热方案成为主流，于没有空气流动、端赖散热器与情况空气举行热互换的散热方式，为电源设计带来了极年夜的挑战。同时，伴着数据流量的增加，负载功耗增年夜发烧量更多。更多的输出电压轨：于广泛的运用范畴中，供电的需求也愈来愈多，他们有着配合的特色，即电源负载数目愈来愈多，差别的电压轨愈来愈多。当电源通道数目增长，开关机时序也日渐严酷，一样对于通道之间的电磁兼容性问题也会凸起。通用性：是否可以使用一颗芯片或者电源模块来解决差别负载的供电，统筹差别的电压需求以和笼罩更宽的电流规模？当设计有冗余的时辰，芯片怎样运行最具性价比的程度上？别的设计方案的可继续性也是工程师所面对的挑战。智能化：万物兼智能，但其死后倒是满满的挑战，好比负载真个于线智能分配、数字接口及智能监控，还有有防呆的设计、智能检测以和智能掩护及一些非凡私有化和谈的相应等等。MPS怎样应答MPS认为多路化输出的电源是将来成长的主要标的目的，配以3D封装可以或许显著地提高电源的功率密度。并且可晋升电源的散热机能。这类方案还有有益在实现通道之间的智能化配置，而且占有更好的EMI 机能。来看一下针对于高功率密度的需求，MPS是怎样应答的，据Roy先容，起首从体系结构入手。以典型的高功率密度需求型场景为例，于电源模块形状设计上，录体积不异的环境下压缩其宽度，使模块更切近负载芯片，如许所带来的利益是削减空间华侈，减小寄生阻抗损耗。不仅云云，MPS还有把电源模块做成矫捷的多路输出。主要的是3D封装将晶圆集成于基板内部，然后与电感一路层叠封装，进一步压缩模块实体的体积。而这些都是提高功率密度的有用要领。为此该公司推出了超高功率密度模块MPM54522/MPM54322，两款产物，输入电压规模从2.85V 到16V，输出电压规模从0.4V 到3.8V。MPM54522可撑持双路别离输出6A电流，并联可实现12A 。而MPM54322则可撑持双路3A 输出，并联可以实现6A输出。为实现高精度的电压节制，两款产物都可撑持双路别离举行远端采样。经由过程一颗电阻可选择7种差别的事情模式，满意任何客户的需求。运用范畴遍布FPGA ASIC 电源、电信、AI、 计较、PCIe 加快卡、光模块、工业主动化等。
而针对于多路电源模块的散热优化MPS都做了哪些事情呢？下图所示，MPS采用一种基板嵌入式设计，电感贴装于基板外貌。电感与IC之间经由过程玻璃纤维及导热胶体有用的举行热互换，使电感本体及晶圆之间到达热均衡，云云从总体上晋升模块的热机能。也能够于发烧晶圆顶部加装尤其的金属块，使用金属的导热系数高的特征与散热器共同，极年夜地降低晶圆的结温。于这方面MPS代表的产物有电感 晶圆总体散热的MPM54524，及集成散热器MPM82504E等。
先来讲说MPM54524，它的输入电压规模于4V 到16V 间，采用ACOT 的节制方式，可以或许实现超快速的动态相应。撑持有源的双相并联。值患上一提的是，这是业界最小的一款20A模块，封装仅有8妹妹x8妹妹x2.9妹妹。
而MPM82504E它的长处为内部增长散热器设计，可撑持四路25A 输出，或者者两两并联输出50A，甚至4路并联输出100A。对于在更年夜的电流场景，最年夜可使用8颗82504E并联扩大至 800A负载能力。该产物可提供快速的动态相应能力，与竞品比拟，于一样的输出纹波及一样的跳变机能条件下，82504E可以节省约莫一半的输出电容。同时该产物所具有的数字接口功效可撑持于线调试及单颗模块的调试及妨碍上报的功效。
于智能化方面，Roy先容了传统板卡光模块端供词电方案，其界说是将3.3V供电电源别离指给光模块的吸收端、发射端，以和内部逻辑节制电路供电。目的是自力供电能尽可能将电源噪声路路离隔，提高光模块传输。可是往往设计起来并不是如抱负所愿，光模块的尺寸及高频走线极年夜压缩了电源走线的空间。为相识决这个问题许多光模块设计中会于内部将3路走线毗连于一路。以便端口于插入差别厂家出产的光模块时，会有两种可能性：3路3.3V自力供电，或者者3路3.3V被毗连于一路集中供电。传统的供电设计，是经由过程单颗年夜电流电源获得3.3V电压后，颠末一系列负载开关、LC滤波电路将电压轨相对于自力成3路，满意可能呈现的自力/集中供电。但如许的冗余设计致使了供电端口体积剧增，硬件成本也会随之飙升。而MPS推出具有智能负载分配功效的电源模块MPM54313，就能解决以上问题。MPM54313是一款三路输出的降压电模块，每一路输出3A，最年夜能输出4A电流。撑持输入电压规模从3V到18V。内置 Load Line以实现 2-3 路并联输出。包括他具备电压、电流、温度遥测回读、远端电压采样、以和EN及PG输出引脚的特征。采用 8妹妹x9x2.58妹妹 BGA 封装。这些上风为客户节省了65%的板上空间，以和60%的BOM成本，而且提高了1%-2%的转换效率。
经由过程3D设计优化EMI机能。于传统的多路供电运用中，PCB布板的程度会带来EMI的机能差异。而MPS的3D 结构，可削减SW Copper的天线效应。同时多路集成化设计则可以于电源内部实现电磁滋扰的及时赔偿。于基板设计上，经由过程功率均衡流动及过孔通流方面，来优化磁场漫衍从而约束电磁辐射。其抖频功效更是帮忙到EMI频段单薄点实现能量分离，减小了辐射峰值，以上用以帮忙客户来满意EMI的一些需求。该方面代表产物MPM3596，采用双边输入电容的设计，利益是可以包管输入的功率可以或许对于称排布，以削减电磁波对于外的辐射。撑持开关频率可调、以和自动的主频率拓展功效。撑持超宽的电压输入输出。于对于EMI有严酷要求的运用场景上，客户还有可以输入一个外部的同步时钟来同步该芯片的开关频率。Roy尤其提到，MPM3596的另外一个上风是，该模块于客户的ADC不太够用可是又不肯意去分外增长一块 ADC芯片的时辰，还有能姑且经由过程一颗IO 口配置为一个ADC的一个输入，利用模块内部的一个ADC 对于客户的某一些旌旗灯号做ADC的一个解析。MPS产物规化末了Roy谈到MPS的产物规化线路。他暗示，公司已经经有于产量爬坡的电源模块，输入电压规模可从6V到75V。笼罩包括车规于内的36V档位。输出电流从较小的毫安级撑持到单颗最年夜输出360A。将来MPS成长的一个重点标的目的于高压45V到75V阶段产物。
