【導讀】優化效率和解決高端處理器
、FPGA 和 ASIC 的複雜電源要求的需要使得有源電源管理成為數據中心服務器、電(dian)信(xin)係(xi)統(tong)和(he)網(wang)絡(luo)設(she)備(bei)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。同(tong)時(shi)，設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)方(fang)案(an)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)，同(tong)時(shi)縮(suo)短(duan)從(cong)初(chu)始(shi)概(gai)念(nian)到(dao)終(zhong)產(chan)品(pin)的(de)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)。

優化效率和解決高端處理器、FPGA 和 ASIC 的複雜電源要求的需要使得有源電源管理成為數據中心服務器
、電(dian)信(xin)係(xi)統(tong)和(he)網(wang)絡(luo)設(she)備(bei)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。同(tong)時(shi)

，設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)方(fang)案(an)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)，同(tong)時(shi)縮(suo)短(duan)從(cong)初(chu)始(shi)概(gai)念(nian)到(dao)終(zhong)產(chan)品(pin)的(de)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)。

為了應對主動電源管理的挑戰，工程師現在必須考慮圍繞 PMBus 規(gui)範(fan)構(gou)建(jian)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，該(gai)規(gui)範(fan)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)監(jian)視(shi)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)設(she)備(bei)的(de)平(ping)台(tai)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)空(kong)間(jian)限(xian)製(zhi)問(wen)題(ti)

，必(bi)須(xu)實(shi)施(shi)組(zu)件(jian)數(shu)量(liang)少(shao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。MPQ8645P 是 Monolithic Power Systems (MPS) 集成 PMBus 的負載點 (PoL) 穩壓器，為工程師提供了一種方法來應對這兩組係統設計挑戰。

係統設計挑戰

服務器
、電信和網絡基礎設施中使用的典型電源架構包括一個 AC/DC 前端，負責生成 48V 的直流電壓。該 48V 電壓被饋入 DC/DC 轉換器
，為 12V 中間總線架構 (IBA) 供電。然後
，這個 12V 電壓被分配到電路板上的多個 PoL 轉換器，為 IC 或子電路供電。這些 IC 或子電路中的大多數都需要在低於 1V 至 3.3V 的電壓範圍內以及數十毫安至數百安培的電流範圍內工作。這些電源軌通常對時序
、電壓精度
、裕量和監控有嚴格的設計要求（圖 1）。

圖 1分布式電源架構示例

在一個複雜的係統中，可能有多達 50 個 PoL 電壓軌。係統架構師和工程師需要一種簡單的方法來管理這些電源軌的輸出電壓、時序和允許電流。某些處理器要求 I/O 電壓在電壓之前上電。或者
，某些 ASIC 需要電壓在 I/O 電壓之前上電。上電和斷電排序也是必要的。必須有一種簡單的方法來實施更改以優化係統性能，並為每個 DC/DC 轉換器存儲特定配置，以簡化設計工作。

為了滿足對主動電源管理不斷增長的需求
，許多新的係統設計已轉向采用 PMBus 技術
，因為它允許電源具有更大的靈活性。PMBus 簡化了電源的配置、排序和監控，同時確定警告和故障並做出反應。的 PMBus 規範（1.3 版）引入了自適應電壓縮放 (AVS)，它支持處理器降低其時鍾頻率並自主降低電源電壓的能力。這在輸出負載較輕時將自身功耗降至，從而實現顯著的省電效果。PMBus 1.3 版提供了許多進一步的改進，例如更快的 PMBus 速度以提高數據吞吐量
，增強輸出電壓跟蹤以通知警告閾值

，

隨sui著zhe係xi統tong複fu雜za度du的de增zeng加jia和he設she計ji周zhou期qi的de縮suo短duan

，設she計ji資zi源yuan變bian得de捉zhuo襟jin見jian肘zhou，因yin此ci資zi源yuan分fen配pei主zhu要yao集ji中zhong在zai開kai發fa係xi統tong的de關guan鍵jian知zhi識shi產chan權quan上shang。這zhe通tong常chang意yi味wei著zhe必bi須xu將jiang電dian源yuan擱ge置zhi一yi旁pang，直zhi到dao開kai發fa周zhou期qi的de後hou期qi。由you於yu時shi間jian有you限xian
，而er且qie電dian源yuan設she計ji知zhi識shi可ke能neng有you限xian，因yin此ci存cun在zai開kai發fa占zhan地di麵mian積ji盡jin可ke能neng小xiao的de高gao效xiao解jie決jue方fang案an的de壓ya力li。不bu斷duan縮suo小xiao的de電dian路lu板ban麵mian積ji需xu求qiu導dao致zhi利li用yong PCB 底麵來化電路板的空間，但在某些情況下這可能不是一種選擇。理想的解決方案是外形小巧的完整電源。

處理範圍從幾十毫安到幾百安的應用的傳統方法是分立式模擬解決方案。分立模擬解決方案的構建塊包括一個控製器 IC 和一對外部 MOSFET 或驅動器 MOSFET (DrMOS) IC。這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)使(shi)用(yong)適(shi)當(dang)數(shu)量(liang)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)以(yi)及(ji)適(shi)當(dang)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)實(shi)現(xian)，可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)基(ji)本(ben)的(de)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)要(yao)求(qiu)。然(ran)而(er)
，大(da)多(duo)數(shu)複(fu)雜(za)的(de)現(xian)代(dai)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)都(dou)需(xu)要(yao)監(jian)視(shi)、控製和獲取係統的實時信息的能力。這些功能可以通過添加更多外部組件來實現
，例如電壓監控器、溫度傳感器
、模數轉換器 (ADC) 和數模轉換器 (DAC)。這不僅增加了成本

，

與傳統的分立模擬解決方案不同，MPS 實施單片解決方案。MPQ8645P 是一款帶 PMBus 接口的 16V 降壓穩壓器
，可在單相操作中提供 30A 電流

，利用同步整流實現效率，所有這些都在單個矽芯片上完成。它采用耐熱增強型 TQFN (4×5mm) 封裝。MPQ8645P 比使用單獨的控製器 IC 和功率級（不包括外部組件）的分立模擬解決方案小約 20-50%（表 1）。

表 1 MPS 的 IC 麵積與分立模擬解決方案

該 IC 需要少數量的外部元件來簡化原理圖和 PCB 布局（圖 2）。電源的基礎設計可以分三步完成：

首先，選擇適當數量的輸入和輸出電容器以滿足應用的電壓和電流紋波要求。

其次，選擇合適的電感來滿足應用的總負載電流需求。

第三，通過在它們各自的引腳和地之間放置一個電阻來編程電流限製和 PMBus 地址。

其餘功能和操作可通過 PMBus 解決。由於其高度集成和簡單的設計
，穩壓器可以實現 85 – 95% 的典型效率。例如
，對於 1MHz 開關頻率應用中的 12Vin 至 2.5Vout，該 IC 的峰值效率高達 95%。

圖2 MPQ8645P單相工作典型應用電路

並聯運行和均流

圖 3 MPQ86459P 在多相操作中的典型應用

該穩壓器還提供了一種處理大功率應用的簡單方法。圖 3顯示了 IC 在多相操作中的典型應用。它具有可擴展性
，可以並聯以滿足高負載電流需求。恒定導通時間 (COT) 控製模式架構可確保均衡的負載電流共享和匹配。在多相操作中
，所有相的 ISUM 引腳連接在一起。ISUM 的信息是從每個相位收集的
，並與平均電流進行比較以確定 TON 脈衝的持續時間。穩壓器可以實現的電流匹配，在 4 相操作的室溫下每相之間的誤差 <2%（圖 4). 這減輕了熱點的可能性。MPQ8645P多可並聯8顆IC
，相數可增加至24相，輕鬆支持720A的輸出電流。

圖 4 MPQ8645P 在 4 相操作中的均流測量

係統監測/控製和調試/微調

使用兼容 PMBus 的電源 IC 比傳統的分立模擬解決方案方法具有許多係統優勢。它們提供輕鬆靈活的配置、廣泛而準確的係統控製以及詳細而的監控和遙測。

在傳統的分立模擬解決方案中，輸出電壓、電流限製、kaiguanpinlvheguoliuyuzhidengcanshutongchangtongguoyigehuoduogedianzuqishezhi。duiyingyongchengxusuozuoderenhegenggaihuogengxindouxuyaoduishijiwulizujianjinxingfangong。zheyiweizhemeigeyingyongchengxudouyouyizubutongdezujiangonggongchengshigenzong。

隻需一份物料清單 (BOM)
，穩壓器即可支持多種應用。輸入/輸出電壓
、輸入/輸出電流（每相和總電流）、開關頻率
、故障保護等參數可通過 PMBus 編程。這些參數的調整可以動態改變。該 IC 可以根據手頭的需要調整電源的運行。

該穩壓器還使用內置的多次編程 (MTP) danyuanlaicunchuzidingyipeizhi。meicixitongzhenduitedingyingyongjinxingweitiaohou，gongchengshikeyibaocunhecunchusuoyoutiaozhenghoudecanshu。zheyunxukuaisuxiugaibingxiandudijianshaowuliyingjiangenggai。gai IC 消除了重複性和潛在的密集型勞動活動，使係統微調變得無憂無慮。

該穩壓器符合 PMBus 1.3 標準並具有監控功能。讀取和實時信息（例如：電壓、電流、功率、溫度、開關頻率和故障）的de能neng力li可ke以yi全quan麵mian了le解jie電dian源yuan的de性xing能neng。這zhe在zai測ce試shi和he調tiao試shi階jie段duan甚shen至zhi係xi統tong部bu署shu期qi間jian非fei常chang有you用yong，因yin為wei它ta使shi工gong程cheng師shi能neng夠gou通tong過guo預yu測ce分fen析xi優you化hua係xi統tong運yun行xing時shi間jian
，並bing在zai需xu要yao維wei修xiu時shi通tong過guo獲huo取qu更geng多duo數shu據ju限xian度du地di減jian少shao停ting機ji時shi間jian。

結論

zhudongdianyuanguanlishishixianxitongneishiyingxingshuipingdeguanjian，zheduiyumanzubuduanzengchangdeshujutongxinhewangluoxingyedenengxiaoxuqiuzhiguanzhongyao。zheyeshixitongjiagoushihegongchengshinenggouzaikongjianshouxianhezhouzhuanshijianjinpodeqingkuangxiajiaofuxinshejidefangshi。MPS 的 PoL 調節器是應對這些挑戰的直接解決方案。有了穩壓器，元件選擇
、優化和布局的設計負擔就消除了
，縮短了整體設計時間、係統故障排除，並終縮短了上市時間。

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