集成穩壓器消除了對分立元件的需求

集成電壓調節器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個新類別，它聲稱已經緩解了功率密度和能源效率之間長達數年的平衡問題。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創立，該公司創建了 5 × 5 毫米的封裝，可以消除或集成分立元件。

集成電壓調節器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個新類別，它聲稱已經緩解了功率密度和能源效率之間長達數年的平衡問題。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創立，該公司創建了 5 × 5 毫米的封裝，可以消除或集成分立元件。
在典型的電源管理 IC (PMIC) 解決方案中，許多分立組件使其速度緩慢、昂貴且龐大。該公司的 EP70xx 系列 PMIC（稱為集成電壓調節器）具有三路輸出 DC/DC 電源，無需外部組件（圖 1）。

 圖 1：兩種功率器件的比較顯示提供 11A 輸出的 PMIC 和提供 10A 輸出的 Empower 集成穩壓器。 （圖片Empower Semiconductor）

新型電源芯片基于 Empower 的數字可配置硬件平臺，通過在單個 IC 中提供多個電源，簡化了 DC/DC 轉換器的采用。“現在電源系統設計人員不必擔心濾波設計以及他們將使用哪種電感器，”銷售和營銷副總裁 Steve Shultis 表示。
Empower 如何消除所有分立組件，并使芯片以可放置在系統中任何位置的微小外形進行配置和編程？Shultis 表示，雖然有些電容器技術可以實現尺寸小型化，特別是基于 CMOS 的電容器，但真正的創新是消除磁性。“電感器 IP 是秘密武器，”他說。
Empower 執行官、總裁兼創始人 Tim Phillips 表示，當您希望產品變得更小時，電感器始終是一個問題。“因此，通過消除磁性元件和多層陶瓷電容器 (MLCC)，整個封裝變得比典型電源系統中使用的電感器小三到五倍。”
菲利普斯補充說，過去五年來，業界一直在解決功率密度問題，主要是通過芯片堆疊，這導致了成本和設計簡單性之間的權衡。然而，菲利普斯表示，該行業現在在開關頻率方面遇到了障礙，因為它開始影響效率。“在不損失效率的情況下，它不可能變得更密集。”
數據中心是一個容易實現的目標
當談到開關速度和電源效率之間的權衡時，數據中心就是一個很好的例子，Shultis 稱這是該公司新型電源芯片的一個容易實現的目標。為什么？雖然每個人都專注于提高數據速率，但工程師卻不知道如何降低功耗。“目前，數據中心正試圖通過熱管理和液體冷卻等技術來管理電力，”Shultis 補充道。
數據中心的散熱能力已經達到極限。換句話說，無論是網絡接口卡 (NIC)、服務器還是光纖收發器，數據中心的功耗都已達到極限。例如，服務器消耗了數據中心 40% 的電力。
因此，雖然光纖收發器等密度極高的微型設備無法繞過電源管理，但更糟糕的是電源變得太大。結果，由于它們的尺寸，它們距離負載點太遠。
然而，如果系統設計人員能夠在高耗電的處理器旁邊進行電源管理，則將顯著提高能源效率。“EP70xx 芯片非常小，可以集成在負載旁邊，為設計人員提供密度，同時消除配電損耗，”Phillips 說。
然后，芯片能夠動態調整處理器上的電壓；它可以在 20 ns 內瞬間將電壓從 0.5 縮放至 1 V。如今，通常可以在 30 μs 內完成（圖 2）。這相當于處理器端的節能，同時芯片消除了有損事件的轉換時間。

圖 2：新芯片中的超快動態電壓調節功能使處理器能夠在納秒內改變電源狀態。（圖片Empower Semiconductor）   

與 SoC 共同封裝
在以數據中心作為主要見證的同時，Empower 高管強調，EP70xx 芯片更小的占地面積、功率密度和動態電壓調節功能也適用于 AI、5G 和手機設計。DC/DC 轉換現已遍布各個市場，EP70xx 芯片為設計人員簡化了它。
設計人員只需將芯片放置在沒有分立元件的 PCB 上，使用圖形用戶界面 (GUI) 選擇設置，并通過 I 2 C/I3C 端口加載即可。他們不必擔心輸入和輸出濾波器設計、反饋電阻器和環路補償。
Shultis 表示，人們對將芯片集成到片上系統 (SoC) 很感興趣，因為它很小并且可以安裝在處理器基板的底部。“它非常薄，甚至可以集成在封裝的底部，”他說。
EP70xx 系列集成穩壓器包含九種具有多種當前配置的器件。樣品和演示板現已提供，計劃于年底全面量產。