想找一款几乎无损的高性能PMIC？这套PPT里有答案～

本文转载自： Murata村田中国

近年来，5G和IoT市场的快速增长推高了数据中心和网络设备的功率密度极限，在这种情况下，布线及印刷电路板中的铜损已达到不容忽视的水平。为了提高系统效率、降低I2R损耗以合理化功率密度、以及解决母线排和连接器的问题，下一代系统中开始从当前的12V总线系统向48V架构迁移。

从48V到12V的电压转换（下图），挑战在于不仅要保证高效率的同时，还能兼顾小尺寸和EMI性能，而且，要易于应用设计！

与以电磁感应为基本原理的传统变压不同，电荷泵利用开关电容充放电不同的连接方式，以非常简单的电路就能实现DC/DC的升压、降压、负压等变换器功能。因为不需要两次磁电转换，电荷泵电源的能量效率比基于电感的开关电源变换器更高，尺寸更小，没有电感和变压器所带的磁场和EMI干扰；而且，尤其是在集成电路中，与电感、变压器相比，电容更容易与芯片集成。

所以，基于电荷泵的PMIC被广泛应用到目前流行的48V架构中。

然而，传统的利用电容电荷交换为放电电容充电的容性功率转换，会出现巨大损耗。如下图所示，充电后由于电荷重新分布，两个电容的能量总和会损失一半的能量。这就是所谓的电容再分布损耗，它的特点是即使在理想开关的情况下都有损耗，而且损耗和两电容之间的开关的导通电阻无关！

上述损耗归根到底是一种开关的导通损耗。如何减少这一导通损耗呢？答案在这里：

2017年，村田收购了MIT成立的新创企业Arctic Sand。Arctic Sand在开关电容技术及其创新拓扑方面拥有超过125项专利。利用这些创新的专利技术，以及制程的垂直整合，村田制造出更小更薄的、具有优秀的电磁兼容性能的、几乎无损的电荷泵电源模块。

基于村田的几乎无损的“Adiabatic” 电荷泵，几乎能够完全消除电容的电荷再分布损耗，将电荷泵技术做成了各种实际可用的变压元件（如下图中方框内的“功率半导体）。

村田电源：从AC到系统负载的功率转换

村田电荷泵的优势

 

村田的电荷泵几乎无损(98%)，可以和buck/boot 级组合起来使用

损耗与VIN 几乎无关

整个功率路径全部使用低压开关管–180nm CMOS

电荷泵尺寸固定，不再依赖于I2R

VIN 增加= 电荷泵级数增加= 并联到输出的路径数增加

电荷泵级数的增加，与电流的下降成正比

极大的降低了开关损耗，和输入电压无关，可以实现：

更高的开关频率

总电路更高的转换效率，同时极大提高了轻载效率

能量存储的重担交给电容，使电感非常小巧(高占空比) = 极小的电感

流水线架构使功率路径每级的电压差很小：

降低浪涌电流

显著降低输入纹波

降低EMI

自推出以来，村田制作所的电荷泵系列备受业界青睐。2021年上半年，村田电荷泵系列的一款新产品——电荷泵电源管理芯片PE25204，在21ic电子网举办的“Top10 Power电源产品奖”评选活动中就获得『绿色节能奖』殊荣（下图）！

PE25204荣获“Top10 Power”电源产品奖： 杨宁(左) 村田(中国)投资有限公司 电源产品专家

PE25204是一款支持48V输入并内置电场效应晶体管（FET）的“FlexiCP™系列”4：1降压式DC-DC电荷泵IC。在众多电源管理产品中，为什么村田制作所的这款芯片能够脱颖而出？什么技术创新让PE25204做到『为低碳节能减排提供有利支持』？

PE25204-48VIN电荷泵IC电容分压器降压DC-DC转换器

上榜理由

 

PE25204，据媒体报道是世界首款带有集成开关场效应晶体管(FET)的48伏4：1电荷泵电容分压式降压型DC-DC转换控制IC。交错式开关电容器架构能够以97%的峰值效率提供高达72瓦的功率，基于村田独特的几乎无损电荷泵技术，提供极低的输入和输出纹波以及出色的抗电磁干扰(EMI)性能。

该解决方案占板面积小，高度仅为 1.2mm，非常适合超薄应用和放置在系统板的底部。PE25204 还可通过并联提供高功率、高效率的解决方案，适用于各种48V至12V 降压转换应用，如数据中心、网络路由器、基站和光学设备。PSiP 封装格式 (11.5 x 9.5 x 2.1mm) 的电源模块产品也即将发布。

主要特性

世界首款(据媒体报道)带有集成开关场效应晶体管(FET)的48伏4：1电荷泵电容器分压器

交错式开关电容器架构能够以97%的峰值效率提供高达72瓦的功率

村田独特的几乎无损电荷泵技术，提供极低的输入和输出纹波以及出色的电磁干扰(EMI)性能

体积优化

审核编辑 黄宇