符合PMBus标准的降压DC/DC转换器模块的介绍

除了增加系统板上的电压轨数量外，最新的FPGA和微处理器还要求用于为其供电的紧凑型电源组件具有更高的输出电流。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。这种复杂性需要更高水平的系统智能和先进的数字电源管理功能，包括遥测和系统监控，以确保近100％的正常运行时间。据分析师称，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未运行，则在传输期间可能会丢失来自互联网零售商的在线购买，这使得停机对于零售商而言是一项代价高昂的事情。

为了满足这些市场需求，Intersil已经准备好符合PMBus标准的50 A全封装数字DC/DC电源模块。标签为ISL8272M，它是一个完整的降压DC/DC转换器模块，输出电流为50 A，电压范围为0.6 V至5.0 V，输入电压范围为4.5 V至14 V.换句话说，它采用业界标准的12 V或5 V输入轨，采用紧凑型封装，提供更高的输出电流。实际上，它扩展了之前的25 A ISL8270M和33 A ISL8271M数字电源模块，使用户可以轻松迁移到更高电流的电源模块，采用紧凑的封装，具有宽工作温度范围。

集成模块

该模块中集成了高性能数字PWM控制器，双相功率MOSFET，电感器和无源器件，如图1所示。双相架构结合高性能MOSFET，专有电感器设计和优化封装，可帮助DC/DC模块从单个紧凑型封装中提供高达50 A的电流转换效率。根据Intersil工业电源产品高级应用工程经理Jian Yin的说法，ISL8272M结合了独特的技术和元件选择，在紧凑的外形中实现了50 A的输出电流能力。 Yin说：“高性能FET，专有的电感器设计，优化的封装结构和出色的散热有助于降低器件的导通，开关和磁芯损耗，并使ISL8272M能够在宽范围内提供50 A的全部输出电流 - 工作温度范围，无需任何气流。“

图1：ISL8272M是50 A数字DC/直流模块将高性能数字PWM控制器，双相功率MOSFET，电感器和无源器件组合在一个紧凑的成型HAD封装中。

除了更高的输出电流外，该模块还能够提供电源。峰转换效率为96％（图2）。 Yin将这种高转换性能归功于DC/DC模块的双相电感器，该电感器采用了采用3D集成技术的专有设计。在这种设计中，两个绕组构建在单个磁芯上，使得两个绕组的磁通量被部分抵消，从而减小了电感器尺寸和磁芯损耗，Yin说。

图2：各种输出电压下VIN = 9 V和300 kHz开关频率下的效率与输出电流的关系。

观察到随着降压转换比（VIN/VOUT）变高，转换效率开始下降。因此，当输入电压为9 V时，输出电压为5 V时，峰值性能约为96％。当输入电压为1 V时，输入电压为9 V时，峰值性能下降至90％左右。此外，效率仍然很低 - 满载。

高性能的另一个主要贡献者是该公司专有的包覆成型高密度阵列（HDA）封装，它提供了前所未有的热性能和电气性能组合。为了获得出色的导热性，它使用单层导电封装基板，如图3所示。基于HDA的功率模块实现了出色的导热性，主要是通过系统板散热。 “这种裸露的镀金铜芯片焊盘技术不仅具有出色的散热性能，而且还具有出色的电气特性，可提供更低的引线电感以及周边和板内I/O引脚，从而实现易于布线的PCB走线简单的引脚，“尹指出。这些特性使HDA封装的负载点（POL）模块成为许多新应用的理想选择，在这些应用中，热和电性能非常重要，同时还需要越来越高的功率密度阈值。

图3：ISL8272M采用专有的包覆成型高密度阵列（HDA）封装，采用单层导电封装基板。

根据Intersil的说法，封装的电源模块与所有行业的拾放设备兼容，可实现全自动化生产。此外，对于高于50 A的输出，它可以置于均流配置，允许最多四个这样的模块并联，以提供200 A的连续电流。

数字控制

利用ISL8272M的数字控制环路技术（也称为ChargeMode技术），模拟信号可通过板载ADC立即转换为数字域，使数字信号处理器或计算状态机可处理PWM和反馈环路。 “通过结合n x FSW（开关频率）过采样，多速率采样，用于陷波和相位整形的各种类型的数字滤波器，傅里叶变换等，这提供了更加灵活的控制环路。这个控制回路保持稳定而不影响响应性，“Yin解释说。

根据Yin的描述，ISL8272M的ChargeMode技术使用多速率采样技术，该技术对错误进行采样并在一次调制信号中多次计算调制信号。转换期。因此，根据Yin的说法，该技术显着减少了群延迟，因此支持非常高带宽的操作。由于群延迟减少，相位滞后显着减少。

这种超快速和先进的数字控制环路为负载瞬态事件提供单开关周期响应，并最大限度地减少所需的总输出电容。因此，从系统级的角度来看，进一步保证了高密度。

此外，ISL8272M提供了一个PMBus数字接口，使用户能够将模块操作的所有方面配置为以及监视输入和输出参数。产品数据表显示ISL8272M可与任何SMBus主机设备一起使用。此外，它与PMBus电源系统管理协议规范第I部分和第II部分1.2版兼容。因此，ISL8272M接受大多数标准PMBus命令。使用PMBus命令配置器件时，数据手册建议将使能引脚连接到信号地（SGND）引脚。 SMBus器件地址是唯一必须由外部引脚设置的参数。根据数据表，可以使用PMBus命令设置所有其他器件参数。

图4：自ISL8272M的封装以来该A 50转换器集成了所有主要的有源和无源元件，仅需少量外部无源元件即可完成DC/DC转换解决方案。

为加快设计时间，全封装50 A数字电源使用图形用户界面（GUI）软件PowerNavigator，可以轻松地将模块ISL8272M配置为所需的电源转换解决方案。由于该模块在热增强型封装中集成了所有主要的有源和无源元件，因此外部只需要少量无源元件即可完成解决方案（图4，上图）。