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深度解析多相控制芯片BUCK電源並聯技術

電子設計 2021-01-18 16:56 次閲讀

國產電源芯片之路,任重而道遠,其中大電流多相電源芯片,是電源芯片種類中最難攻克的難關。在通訊基站,數據中心,人工智能這些新基建中,核心運算處理器的速度越來越快,運算量越來越多,產生的功耗也越來越大,如何為處理器提供高品質的穩定電源輸出,功能豐富的數字調節和監測功能,如何提升效率一直是多相電源芯片的關鍵技術。

針對現有的市場問題,東莞市長工微電子有限公司自主研發和設計了針對工業,通訊和計算電源市場的大電流(4A-280A)電源芯片,其中最新推出的IS6608A電源管理芯片是國內首顆可為CPU供電的多相併聯電源芯片。

IS6608A作為一款全集成、兼容PMBUSTM接口的高頻同步降壓變換器,採用4x5Flip-ChipQFN封裝技術,輸入電壓最高可達到16V,實現高達35A電流,0.4V到5.5V的輸出電壓轉換。同時,採用創新的多相併聯技術,最多8顆芯片並聯實現峯值為280A的輸出電流(如圖1)。IS6608A在額定輸入電壓範圍和輸出電流範圍內,可以做到0.5%的一流輸出精度。其出色的動態相數管理技術(自動升降相)以及全面的telemetry數字通訊功能,大大提高了芯片使用的效率以及便捷性,使之成為國產大電流電源管理芯片的首選。

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圖1.IS6608A多相併聯方案

IS6608A的SuperPseudoCurrentControl(SPCCTM)控制模式:

圖2為SPCCTM控制模式的簡單原理圖,圖3為控制的關鍵波形圖。PWM比較器的輸入Vramp是通過PseudoCurrent模塊產生的,並不直接來自於電感電流的採樣,它具有和電感電流IL相似的波形,如圖3所示。在CLK信號到來時,PWM信號變高,開啓功率管上管,Vramp如電感電流正比於電感電壓一樣線性升高,當它到達VC時,PWM翻轉產生SHOT信號,PWM變低,關閉功率管上管,下管開啓,Vramp以正比於輸出電壓的斜率線性下降,直到下一個CLK再次到來。SPCCTM通過Vslp+和Vslp-的非線性斜坡補償技術實現了快速的動態響應。此外,獨特的VC鉗位技術使之在DCM和CCM之間實現平滑的電壓轉換。

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圖2.SuperPseudoCurrentControl(SPCCTM)控制模式簡圖

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圖3.SuperPseudoCurrentControl(SPCCTM)的時序圖

和傳統的峯值電流控制模式相比,SPCCTM控制模式有更好的抗干擾能力,Minimalontime的時間可以做的更小的同時還能實現極小的jitter,特別是在大電流的情況下,抗干擾能力的優勢體現得更加明顯。和COT控制模式相比,SPCCTM控制模式採用固定頻率(CLK來自於內部OSC或者外部SYNC信號),有利於多相併聯的同步及相位的穩定控制;控制的核心參量Vramp的幅值能通過PMBUSTM接口輸入進行實時的設置,可以很方便的在更寬的LC值域範圍內實現穩定。內置的MTP也能將芯片的設置保存下來,用於下次開機使用。

從芯片的應用層次來看,採用SPCCTM控制模式具備以下幾個優異的特性:

·出色的抗噪性

·不太敏感的元件放置和PCB佈局

·無需外部環路補償,適用於大範圍的LC組合。

·在不改變外部元件的情況下,可以優化暫態和穩定性。

多相控制芯片的數字通訊技術和telemetry功能

圖5為IS6608A的數字通訊及telemetry功能圖。IS6608A採用了最新的PMBUSTM1.3協議對芯片的輸出電壓、工作模式進行控制。其中輸出電壓通過10bitD/A作為的電壓動態控制,其最小步長為1mV。電壓上升和下降的動態速率也可以通過數字通訊協議設置和動態修改。正負過流保護閾值,輸入輸出電壓的過壓、欠壓保護閾值等都可以通過數字通訊接口設置。內置的MTP(多次修調編程)能夠保留並在下次啓動時採用設置的參數。圖6為PMBUSTM控制的動態輸出電壓波形。

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圖5.IS6608A的數字通訊及telemetry功能圖

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圖6.IS6608APMBus控制的動態降壓(左)和升壓(右)波形

IS6608A擬採用PMBUSTM1.3協議以及MTP(多次修調編程),芯片集成了多個高精度A/D,能夠實時記錄芯片的輸入電流電壓,輸出電流電壓以及芯片的温度,智能保護進行實時檢測和對CPU報告,實現實時監控,達到優化系統效率,安全運行的目的。每個功率級都有故障上報管腳提供給控制器,一旦發生任何故障如輸入欠壓,過流,過熱都實時上報給控制器。控制器集成非易失性的存儲器NVM,一旦發生任何故障,控制器都立刻將故障信息寫入NVM。控制器具有獨立於系統輸入的單獨3.3V供電,因此即使在輸入掉電的情況下,控制器都來得及將掉電導致的輸入欠壓故障寫入NVM。

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圖7.IS6608A的電壓調節PMBUS寫入波形

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圖8.IS6608A的電流檢測PMBUS讀取波形

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圖9.PMBus讀取的輸出電壓電流(上方為負載儀顯示值)

動態相數管理技術

基於對動態相數管理技術的研究,採用分段化負載電流區間的方法,根據不同負載情況對應決定需要工作的相位支路數,從而保持工作相位的平均電流在高效率區間,從而提高CPU供電系統的整體效率,實現系統效率在全負載範圍內的最優化。

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圖10.動態相數管理效率對比

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圖11.IS6608A自動升降相波形變化

編輯:hfy

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STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A數字控制器100瓦LED路燈照明評估板

STLUX385A數字控制器 高效率(92%) 初級側控制 高達100瓦上(100伏,1 A或0.5 A 200 V) 適於LED連接單個隔離輸出 寬輸入電壓範圍:90 V至265 V AC 在STEVAL-ILL066V2評估板是一個完整的和可配置的解決方案,有效地控制使用STLUX385A數字控制器的單個,可調光,高亮度LED串。
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STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A數字控制器100瓦LED路燈照明評估板

TS4431 TS44311.224V集電極開路分流電壓基準

1.224V±0.5%的精度 低電流消耗:250μA 低輸出飽和電壓75毫伏最大SINK和GND之間 100ppm的/℃的温度係數 工業温度範圍:-40〜+ 85℃ 在TS4431是四端子裝置專用於低電壓開關模式電源(SMPS)。
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TS4431 TS44311.224V集電極開路分流電壓基準

TS4436 TS4436可調0.6V集電極開路分流電壓基準

可用 150ppm的/℃的温度係數 內部0.6V±0.5%的精度 低電流消耗: 150μA 低輸出飽和電壓75毫伏最大。 SINK和GND之間 工業温度範圍:-40至+ 105℃ 低電源電壓:1.7V 的TS4436是專用於低電壓開關模式電源(SMPS)的四終端設備。
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TS4436 TS4436可調0.6V集電極開路分流電壓基準

STEVAL-ILL032V1 STEVAL-ILL032V1基於所述STP24DP05BTR多色LED矩陣演示板

每個顯示面板4個STP24DP05BTR驅動 8分的面板可以使用串聯的扁平帶狀電纜級聯 符合RoHS 在STEVAL-ILL032V1是一個演示板特色的STP24DP05BTR RGB LED驅動器來驅動RGB LED矩陣面板。
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STEVAL-ILL032V1 STEVAL-ILL032V1基於所述STP24DP05BTR多色LED矩陣演示板

STEVAL-ILL013V1 STEVAL-ILL013V180 W離線PFC和LED驅動器演示板具有調光基礎上 L6562A

5和EN61000-3-2兼容 EMI濾波器來實現 非隔離SMPS 通用PWM調光輸入(外部電路板) 80瓦的LED驅動器 高效率(〜90%) 350毫安700 mA和1所述的LED電流設置 高功率因數:0.982為230 V / 50Hz的AC 亮度調節0和100%之間的 寬輸入電壓範圍:88 V至265 VAC 在照明應用中使用高功率LED的正變得越來越流行,由於在照明效率,更長的壽命,更高的可靠性和總體成本效率迅速改善。調光funtions更容易在發光二極管實現的,它們是更健壯的,並且與其它光源提供更寬的設計靈活性。...
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STEVAL-ILL013V1 STEVAL-ILL013V180 W離線PFC和LED驅動器演示板具有調光基礎上 L6562A

STEVAL-ILL033V1 STEVAL-ILL033V1基於所述STM32F103VET6用於多色LED矩陣演示板主/從控制

與PS2鍵盤接口用於數據輸入單元 與LCD控制單元,用於顯示文本和背景色彩選擇 8塊板可以串接使用扁平帶狀電纜 3種配置模式:數據輸入,音頻回放或示範 符合RoHS 在STEVAL- ILL033V1演示板功能作為一個完整的系統的STP24DP05 RGB LED驅動器的能力來驅動RGB LED矩陣顯示面板,其顯示的控制基板。完整的系統包括一個控制基板和一個RGB LED矩陣顯示面板。
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STEVAL-ILL033V1 STEVAL-ILL033V1基於所述STM32F103VET6用於多色LED矩陣演示板主/從控制

STEVAL-IPM07F STEVAL-IPM07F基於STGIF7CH60TS-L SLLIMM 700瓦特電機控制電源板™第二系列IPM

電壓:125 - 400伏 DC 額定功率:高達700瓦 額定電流:高達4.2 A 輸入輔助電壓:高達20 V DC 單或用於電流檢測的三分流電阻(與感測網絡) 對於當前兩個選項感測:專用的運算放大器或通過MCU 過電流硬件保護 在STEVAL-IPM07F是基於小低的小型電動機驅動電源板-Loss智能模塑模塊SLLIMM™2
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STEVAL-IPM07F STEVAL-IPM07F基於STGIF7CH60TS-L SLLIMM 700瓦特電機控制電源板™第二系列IPM

EVAL6482H-DISC 開發工具 探索L6482電機控制器

範圍從10.5 V至為85V 相電流高達7.8 A 均方根 足跡為外部諧振器或晶體 切換電動機輸入控制 鍵開始/左 - 停止/右 - 復位 就緒,忙碌,錯誤LED指示器 備用LED指標具體設計 在L6482發現是一個低成本的開發工具來探索L6482馬達控制器。
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EVAL6482H-DISC 開發工具 探索L6482電機控制器

STM86312 STM863121/4至十一分之一佔空比VFD控制器/驅動器

ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
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STM86312 STM863121/4至十一分之一佔空比VFD控制器/驅動器

PM6776 PM6776帶有PMBus 6 + 1的雙通道數字VR13多相控制器™

爾® VR13 6 + 1相緊湊數字控制器 VR13符合25MHz的SVID總線rev.1.7 高性能數字控制迴路(數字STVCOT™) 專有自動調諧技術 通過PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自動動態相位管理 遠程感; 0.5%Vout的精度與校準 使用校準 在PM6776是被設計為功率英特爾VR13處理器的高性能數字雙控制器電流監測信號:所有所需的參數是通過PMBus的™接口編程。
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PM6776 PM6776帶有PMBus 6 + 1的雙通道數字VR13多相控制器™

CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB評估板ST25TA系列

使用的印刷電路板用 ST25TA02KB-P NFC /在UFDFPN5ECOPACK®2包RFID標籤 19平方毫米單層感性天線,蝕刻在PCB上 非接觸式接口 TruST25™數字簽名 NFC論壇類型4標籤 ISO / IEC 14443類型A 106 kbps的數據速率 內部50 pF的調諧電容,從而實現了小電感天線設計 內存 256字節(2千位)EEPROM與NDEF數據支持 200年的數據保存 百萬擦除 - 寫週期耐力 128位的密碼數據保護 用抗撕裂特徵 數字墊 可配置的通用指示輸出(GPO),例如,RF場檢測 雲ST25TA02KB是現成使用的演示板旨在評價T他ST25TA02KB-P設備。...
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CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB評估板ST25TA系列

PA192 PA192PA192是用於在小的 硬幣 的形式因子音頻分析和特別適合於與傳感器語音識別和語音asssistant應用程序 處理和無線產品加速器

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PA192 PA192PA192是用於在小的 硬幣 的形式因子音頻分析和特別適合於與傳感器語音識別和語音asssistant應用程序 處理和無線產品加速器

TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED測距儀 60米範圍內僅重9克 完美的機器人 自動化和智能城市

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TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED測距儀 60米範圍內僅重9克 完美的機器人 自動化和智能城市

SENSIBLE SensiBLE準備使用的BLE上系統模塊填充有傳感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬幣型電池 今天加快物聯網產品的研發!

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SENSIBLE SensiBLE準備使用的BLE上系統模塊填充有傳感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬幣型電池 今天加快物聯網產品的研發!

EMB1061 EMB1061EMB1061是採用ST BlueNRG-132 BLE模塊

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EMB1061 EMB1061EMB1061是採用ST BlueNRG-132 BLE模塊

DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1該DHCOM STM32MP15x是我們的可插拔計算機模塊系列(SODIMM-200)的一部分 它配備了新的STM32MP1系列處理器

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DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1該DHCOM STM32MP15x是我們的可插拔計算機模塊系列(SODIMM-200)的一部分 它配備了新的STM32MP1系列處理器

FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用於NFC和RF-ID的小柔性片天線 結合了我們的高性能磁座

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FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用於NFC和RF-ID的小柔性片天線 結合了我們的高性能磁座

STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基於STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的電機控制電源板

電壓:125 - 400 VDC 額定功率:高達1500W的 允許的最大功率是關係到應用條件和冷卻系統 額定電流:最多6 A 均方根 輸入輔助電壓:高達20 V DC 單或用於電流檢測的三分流電阻(與感測網絡) 電流檢測兩個選項:專用的運算放大器或通過MCU 過電流保護硬件 IPM的温度監測和保護 在STEVAL-IPMM15B是配備有SLLIMM(小低損耗智能模製模塊)第二串聯模塊的小型電動機驅動電源板第二系列n溝道超結的MDmesh™DM2快速恢復二極管(STIB1560DM2T-L)。它提供了一種用於驅動高功率電機,用於寬範圍的應用,如白色家電,空調機,壓縮機,電動風扇,高端電動工具,並且通常為電機驅動器3相逆變器的負擔得起的,易於使用的解決方案。...
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STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基於STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的電機控制電源板