集成稳压器消除了对分立元件的需求

集成电压调节器 (IVR) 是电源管理芯片中的一个新类别，它声称已经缓解了功率密度和能源效率之间长达数年的平衡问题。Empower Semiconductor由三位模拟资深人士于 2014 年共同创立，该公司创建了 5 × 5 毫米的封装，可以消除或集成分立元件。

在典型的电源管理 IC (PMIC) 解决方案中，许多分立组件使其速度缓慢、昂贵且庞大。该公司的 EP70xx 系列 PMIC（称为集成电压调节器）具有三路输出 DC/DC 电源，无需外部组件（图 1）。

 图 1：两种功率器件的比较显示提供 11A 输出的 PMIC 和提供 10A 输出的 Empower 集成稳压器。 （图片Empower Semiconductor）

新型电源芯片基于 Empower 的数字可配置硬件平台，通过在单个 IC 中提供多个电源，简化了 DC/DC 转换器的采用。“现在电源系统设计人员不必担心滤波设计以及他们将使用哪种电感器，”销售和营销副总裁 Steve Shultis 表示。

Empower 如何消除所有分立组件，并使芯片以可放置在系统中任何位置的微小外形进行配置和编程？Shultis 表示，虽然有些电容器技术可以实现尺寸小型化，特别是基于 CMOS 的电容器，但真正的创新是消除磁性。“电感器 IP 是秘密武器，”他说。

Empower 执行官、总裁兼创始人 Tim Phillips 表示，当您希望产品变得更小时，电感器始终是一个问题。“因此，通过消除磁性元件和多层陶瓷电容器 (MLCC)，整个封装变得比典型电源系统中使用的电感器小三到五倍。”

菲利普斯补充说，过去五年来，业界一直在解决功率密度问题，主要是通过芯片堆叠，这导致了成本和设计简单性之间的权衡。然而，菲利普斯表示，该行业现在在开关频率方面遇到了障碍，因为它开始影响效率。“在不损失效率的情况下，它不可能变得更密集。”

数据中心是一个容易实现的目标

当谈到开关速度和电源效率之间的权衡时，数据中心就是一个很好的例子，Shultis 称这是该公司新型电源芯片的一个容易实现的目标。为什么？虽然每个人都专注于提高数据速率，但工程师却不知道如何降低功耗。“目前，数据中心正试图通过热管理和液体冷却等技术来管理电力，”Shultis 补充道。

数据中心的散热能力已经达到极限。换句话说，无论是网络接口卡 (NIC)、服务器还是光纤收发器，数据中心的功耗都已达到极限。例如，服务器消耗了数据中心 40% 的电力。

因此，虽然光纤收发器等密度极高的微型设备无法绕过电源管理，但更糟糕的是电源变得太大。结果，由于它们的尺寸，它们距离负载点太远。

然而，如果系统设计人员能够在高耗电的处理器旁边进行电源管理，则将显着提高能源效率。“EP70xx 芯片非常小，可以集成在负载旁边，为设计人员提供密度，同时消除配电损耗，”Phillips 说。

然后，芯片能够动态调整处理器上的电压；它可以在 20 ns 内瞬间将电压从 0.5 缩放至 1 V。如今，通常可以在 30 μs 内完成（图 2）。这相当于处理器端的节能，同时芯片消除了有损事件的转换时间。

图 2：新芯片中的超快动态电压调节功能使处理器能够在纳秒内改变电源状态。（图片Empower Semiconductor）   

与 SoC 共同封装

在以数据中心作为主要见证的同时，Empower 高管强调，EP70xx 芯片更小的占地面积、功率密度和动态电压调节功能也适用于 AI、5G 和手机设计。DC/DC 转换现已遍布各个市场，EP70xx 芯片为设计人员简化了它。

设计人员只需将芯片放置在没有分立元件的 PCB 上，使用图形用户界面 (GUI) 选择设置，并通过 I 2 C/I3C 端口加载即可。他们不必担心输入和输出滤波器设计、反馈电阻器和环路补偿。

Shultis 表示，人们对将芯片集成到片上系统 (SoC) 很感兴趣，因为它很小并且可以安装在处理器基板的底部。“它非常薄，甚至可以集成在封装的底部，”他说。

EP70xx 系列集成稳压器包含九种具有多种当前配置的器件。样品和演示板现已提供，计划于年底全面量产。