本文轉載自：Murata村田中國

近年來，5G和IoT市場的快速增長推高了數據中心和網絡設備的功率密度極限，在這種情況下，布線及印刷電路板中的銅損已達到不容忽視的水平。為了提高系統效率、降低I2R損耗以合理化功率密度、以及解決母線排和連接器的問題，下一代系統中開始從當前的12V總線系統向48V架構遷移。

從48V到12V的電壓轉換（下圖），挑戰在于不僅要保證高效率的同時，還能兼顧小尺寸和EMI性能，而且，要易于應用設計！

與以電磁感應為基本原理的傳統變壓不同，電荷泵利用開關電容充放電不同的連接方式，以非常簡單的電路就能實現DC/DC的升壓、降壓、負壓等變換器功能。因為不需要兩次磁電轉換，電荷泵電源的能量效率比基于電感的開關電源變換器更高，尺寸更小，沒有電感和變壓器所帶的磁場和EMI干擾；而且，尤其是在集成電路中，與電感、變壓器相比，電容更容易與芯片集成。

所以，基于電荷泵的PMIC被廣泛應用到目前流行的48V架構中。

然而，傳統的利用電容電荷交換為放電電容充電的容性功率轉換，會出現巨大損耗。如下圖所示，充電后由于電荷重新分布，兩個電容的能量總和會損失一半的能量。這就是所謂的電容再分布損耗，它的特點是即使在理想開關的情況下都有損耗，而且損耗和兩電容之間的開關的導通電阻無關！

上述損耗歸根到底是一種開關的導通損耗。如何減少這一導通損耗呢？答案在這里：

2017年，村田收購了MIT成立的新創企業Arctic Sand。Arctic Sand在開關電容技術及其創新拓撲方面擁有超過125項專利。利用這些創新的專利技術，以及制程的垂直整合，村田制造出更小更薄的、具有優秀的電磁兼容性能的、幾乎無損的電荷泵電源模塊。

基于村田的幾乎無損的“Adiabatic” 電荷泵，幾乎能夠完全消除電容的電荷再分布損耗，將電荷泵技術做成了各種實際可用的變壓元件（如下圖中方框內的“功率半導體）。

村田電源：從AC到系統負載的功率轉換

村田電荷泵的優勢

村田的電荷泵幾乎無損(98%)，可以和buck/boot 級組合起來使用

損耗與VIN幾乎無關

整個功率路徑全部使用低壓開關管–180nm CMOS

電荷泵尺寸固定，不再依賴于I2R

VIN增加= 電荷泵級數增加= 并聯到輸出的路徑數增加

電荷泵級數的增加，與電流的下降成正比

極大的降低了開關損耗，和輸入電壓無關，可以實現：

更高的開關頻率

總電路更高的轉換效率，同時極大提高了輕載效率

能量存儲的重擔交給電容，使電感非常小巧(高占空比) =極小的電感

流水線架構使功率路徑每級的電壓差很小：

降低浪涌電流

顯著降低輸入紋波

降低EMI

自推出以來，村田制作所的電荷泵系列備受業界青睞。2021年上半年，村田電荷泵系列的一款新產品——電荷泵電源管理芯片PE25204，在21ic電子網舉辦的“Top10 Power電源產品獎”評選活動中就獲得『綠色節能獎』殊榮（下圖）！

PE25204榮獲“Top10 Power”電源產品獎：楊寧(左)村田(中國)投資有限公司 電源產品專家

PE25204是一款支持48V輸入并內置電場效應晶體管（FET）的“FlexiCP?系列”4：1降壓式DC-DC電荷泵IC。在眾多電源管理產品中，為什么村田制作所的這款芯片能夠脫穎而出？什么技術創新讓PE25204做到『為低碳節能減排提供有利支持』？

PE25204-48VIN電荷泵IC電容分壓器降壓DC-DC轉換器

上榜理由

PE25204，據媒體報道是世界首款帶有集成開關場效應晶體管(FET)的48伏4：1電荷泵電容分壓式降壓型DC-DC轉換控制IC。交錯式開關電容器架構能夠以97%的峰值效率提供高達72瓦的功率，基于村田獨特的幾乎無損電荷泵技術，提供極低的輸入和輸出紋波以及出色的抗電磁干擾(EMI)性能。

該解決方案占板面積小，高度僅為 1.2mm，非常適合超薄應用和放置在系統板的底部。PE25204 還可通過并聯提供高功率、高效率的解決方案，適用于各種48V至12V 降壓轉換應用，如數據中心、網絡路由器、基站和光學設備。PSiP 封裝格式 (11.5 x 9.5 x 2.1mm) 的電源模塊產品也即將發布。

主要特性

世界首款(據媒體報道)帶有集成開關場效應晶體管(FET)的48伏4：1電荷泵電容器分壓器

交錯式開關電容器架構能夠以97%的峰值效率提供高達72瓦的功率

村田獨特的幾乎無損電荷泵技術，提供極低的輸入和輸出紋波以及出色的電磁干擾(EMI)性能

體積優化

審核編輯 黃宇