集成穩壓器 (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行為。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創立，創造了 5 × 5-mm 的占位面積，可消除或集成分立元件。

在典型的電源管理 IC (PMIC) 解決方案中，許多分立元件使其速度慢、成本高且體積大。該公司的 EP70xx 系列 PMIC 稱為集成穩壓器，具有三路輸出 DC/DC 電源，無需外部組件（圖 1）。

圖 1：這兩種功率器件的比較顯示了提供 11A 輸出的 PMIC 和提供 10A 輸出的 Empower 的集成穩壓器。（圖片：賦能半導體）

新的電源芯片基于 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，”全球銷售和營銷高級副總裁 Steve Shultis 說。

Empower 是如何消除所有分立元件并以可放置在系統任何位置的微小外形尺寸使芯片可配置和可編程的？Shultis 說，雖然有一些電容器技術可以實現尺寸小型化，特別是在基于 CMOS 的電容器中，但真正的創新是消除了磁性。“電感器 IP 是秘訣，”他說。

根據 Empower 的首席執行官、總裁兼創始人 Tim Phillips 的說法，當您希望事情變得更小時，電感器一直是個問題。“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，主要是通過堆疊芯片，這導致成本和設計簡單性之間的權衡。然而，菲利普斯說，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。“它不能在不損失效率的情況下變得更密集。”

數據中心是唾手可得的果實

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 稱這對于公司的新電源芯片來說是唾手可得的果實。為什么？雖然每個人都專注于提高數據速率，但工程師們不知道如何處理功耗問題。“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，”舒爾蒂斯補充道。

數據中心的散熱量已經達到極限。換言之，無論是網絡接口卡 (NIC)、服務器還是光纖收發器，數據中心的功耗都達到了極限。例如，服務器驅動了數據中心 40% 的用電量。

因此，雖然光纖收發器等具有極高密度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，由于它們的大小，它們離負載點太遠了。

但是，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，它將顯著提高能源效率。“EP70xx 芯片非常小，可以直接集成到負載旁邊，為設計人員提供終極密度，同時消除分布損耗，”菲利普斯說。

然后是芯片在運行中調整處理器電壓的能力。它可以在 20 ns 內瞬間將電壓從 0.5 擴展到 1 V。如今，它通常在 30 μs 內完成（圖 2）。這相當于處理器方面的節能，而芯片消除了轉換時間，這是一個有損事件。

圖 2：新芯片中的超快動態電壓縮放使處理器能夠在納秒內改變電源狀態。（圖片：賦能半導體）

與 SoC 共同封裝

Empower 高管將數據中心作為主要見證，強調 EP70xx 芯片的更小尺寸、功率密度和動態電壓縮放功能也適用于 AI、5G 和手機設計。DC/DC 轉換現在在每個市場中都有應用，EP70xx 芯片為設計人員簡化了它。

設計人員可以簡單地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，然后通過 I 2 C/I3C 端口加載它。他們不必擔心輸入和輸出濾波器設計、反饋電阻和環路補償。

Shultis 表示，將芯片集成到片上系統 (SoC) 中引起了很大的興趣，因為它很小并且可以放在處理器基板的下面。“它非常薄，甚至可以集成在封裝的底部，”他說。

EP70xx 系列集成電壓調節器包括九種可用于各種電流配置的器件。樣品和演示板可用，而全面生產計劃在年底進行。

審核編輯 黃昊宇