兼容pmbus的降压DC/DC模块提供更高的输出电流

　　除了驱动系统板上的电压轨数，最新的fpga和微处理器也要求更高的输出电流来自用于驱动它们的紧凑电源。在系统板上管理这种复杂性超出了传统的基于模拟的集成电源解决方案的能力。这种复杂性要求更高级别的系统智能和先进的数字电源管理能力，包括遥测和系统监控，以确保几乎100%正常运行。据分析人士称，电信系统或路由器的经济影响非常大。例如，如果电信系统或路由器由于电源故障而不运行，网络零售商的在线购买在传输过程中可能会丢失，这使得停机时间对零售商来说是一件昂贵的事情。

　　为了满足这些市场需求，Intersil已经准备了50个完全封装的数字DC/DC电源模块，该模块是兼容PMBus的。标签为ISL8272M，是一个完整的降压DC/DC转换器模块，其输出电压为0.6 V到5.0 V，输入电压范围为4.5 V到14 V。换句话说，它的设计是通过使用行业标准的12 V或5 V输入rails，从一个紧凑的包中提供更高的输出电流。在现实中，它扩展了之前的25个isl82.7 m和33个ISL8271M的数字电源模块，给用户提供了一个简单的迁移路径，使其在具有宽操作温度范围的压缩包中获得更高的电流模块。

　　集成模块

　　该模块集成了高性能的数字PWM控制器、双相功率mosfet、电感和被动元件，如图1所示。双相架构结合高性能的mosfet，专有的电感设计，以及优化的封装，帮助DC/DC模块从单个紧凑的包中提供高达50个A的高功率转换效率。Intersil的工业电力产品高级应用工程经理Jian Yin表示，ISL8272M结合了独特的技术和组件选择，以紧凑的形式实现了50的输出电流能力。Yin说:“高性能的FETs，专有的电感设计，优化的封装结构，以及出色的散热性能，有助于降低设备的传导、切换和核心损耗，并允许ISL8272M在不需要任何气流的情况下，在一个宽操作温度范围内输出其全部50个输出电流。”

　　Intersil ISL8272M 50数字DC/DC模块图。

　　图1:ISL8272M是一个50的数字DC/DC模块，它结合了高性能的数字PWM控制器、双相功率mosfet、电感器和被动元件。

　　除了较高的输出电流，该模块还能提供96%的峰值转换效率(图2)。Yin将这种高转换性能归功于DC/DC模块的双相电感器，该电感采用3d集成技术进行专利设计。在这个设计中，两个绕组都是建立在单个核上的，这样两个绕组的磁通量部分被取消，从而减少了感应器的大小和核心损耗，Yin说。

　　效率与输出电流的图像。

　　图2:VIN = 9v和300khz开关频率对输出电压变化的效率和输出电流。

　　结果表明，随着降压转化率(VIN/VOUT)的升高，转换效率开始下降。因此，当输入电压为9v时，输出电压为5v时，其峰值性能约为96%。当输入为9v时，输出为1v时，下降到90%左右。此外，从低到满负荷的效率仍然很高。

　　另一个高性能的主要贡献者是公司的专有的高密度阵列(HDA)包，它提供了前所未有的热电性能组合。为了获得优异的导热性，它采用了一种单层导电包衬底，如图3所示。基于hdac的功率模块获得了优异的导热系数，主要通过系统板散热。“这个暴露的镀铜模垫技术不仅提供优良的热工性能，而且提供了优良的电特性，提供了一个减少的铅电感，并且在周边和内联的I/O引脚，使得容易的路线PCB痕迹和简单的pinouts，”Yin说。这些特性使hda封装的点负荷(POL)模块成为许多新应用的理想选择，其中热电性能非常重要，同时也需要更高的功率密度阈值。

　　Intersil ISL8272M单层导电包衬底的图像。

　　图3:ISL8272M被安置在一个专有的高密度阵列(HDA)包中，它使用单层导电包衬底。

　　根据Intersil的说法，封装的电源模块与所有行业的普通设备兼容，用于全面的制造自动化。另外，对于高于50的输出，它可以放置在当前共享配置中，允许最多四个这样的模块并行交付200个连续流。

　　数字控制

　　使用ISL8272M的数字控制环技术，也称为ChargeMode技术，模拟信号通过机载adc立即转换为数字域，数字信号处理器或计算状态机可以处理PWM和反馈循环。这就提供了更灵活的控制回路，将n x FSW(开关频率)过采样、多速率采样、不同类型的数字滤波器用于切口和相位整形、傅里叶变换等。这个控制环在不影响响应的情况下保持稳定。

　　根据Yin的描述，ISL8272M的ChargeMode技术采用了一种多速率采样技术，该技术在一个开关期间多次采样误差并计算调制信号。因此，根据Yin的研究，这项技术大大减少了组延迟，因此支持了高带宽的操作。由于组延迟的减少，相位延迟显著降低。

　　这种超高速和先进的数字控制回路提供了一个单开关周期响应来加载瞬态事件，并最小化所需的总输出电容。因此，从系统级的角度来看，高密度是进一步保证的。

　　更重要的是，ISL8272M提供了一个PMBus数字接口，使用户能够配置模块操作的所有方面，并监控输入和输出参数。产品数据表显示，ISL8272M可以与任何SMBus主机设备一起使用。另外，它与PMBus电力系统管理协议规范部分I和II版本1.2兼容。因此，ISL8272M接受大多数标准的PMBus命令。当使用PMBus命令配置设备时，数据表建议将启用pin绑定到信号地(SGND) pin。SMBus设备地址是必须由外部引脚设置的唯一参数。根据数据表，所有其他设备参数都可以设置为PMBus命令。

　　Intersil ISL8272M图

　　图4:由于ISL8272M的包包含所有主要的主动和被动组件，所以50个转换器只需要少量的外部被动组件来完成DC/DC转换的解决方案。

　　为了加快设计速度，完全封装的50个数字电源模块ISL8272M可以通过图形用户界面(GUI)软件PowerNavigator轻松地配置到所需的电源转换解决方案中。由于该模块将所有主要的主动和被动组件合并到热增强包中，因此只有少量的被动组件需要外部来完成解决方案(见图4)。

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