集成稳压器，无需分立组件即可实现DC / DC转换

集成稳压器（IVR）是电源管理芯片中的新类别，声称已缓解了长达数年的功率密度和能效之间的平衡问题。 由三位模拟资深人士于2014年共同创立的 Empower半导体 公司创建了5×5毫米的占位面积，可消除或集成分立元件。

在典型的电源管理IC（PMIC）解决方案中，许多分立元件使其运行缓慢，昂贵且体积大。 该公司的EP70xx系列PMIC（称为集成稳压器）具有三路输出DC / DC电源，而无需外部组件（ 图1 ）。

图1 对两个功率器件的比较显示了提供11 A输出的PMIC和提供10 A输出的Empower集成稳压器。 资料来源：Empower Semiconductor

新的电源芯片基于Empower的数字可配置硬件平台，通过在单个IC中具有多个电源，简化了DC / DC转换器的采用。 “现在，电源系统设计人员不必担心滤波设计以及他们将使用哪种电感器，”全球销售和市场营销高级副总裁Steve Shultis说。

Empower如何消除所有分立的组件，并使芯片可配置和可编程的尺寸很小，可以放置在系统中的任何位置？ 舒尔蒂斯说，尽管有一些电容器技术可以实现尺寸的最小化，特别是在基于CMOS的电容器中，但真正的创新是消除了磁性。 他说：“电感器IP是秘密武器。”

据Empower公司首席执行官，总裁兼创始人蒂姆·菲利普斯（Tim Phillips）称，当您希望缩小尺寸时，电感器一直是个问题。 “因此，通过消除磁性元件和多层陶瓷电容器（MLCC），整个封装变得比典型电源系统中使用的电感器小三至五倍。”

Phillips补充说，过去五年来，该行业一直在解决功率密度问题， 主要是通过堆叠芯片，这导致了成本和设计简单性之间的权衡 。 Phillips说，然而，由于开关频率开始影响效率，该行业现在在开关频率上遇到了障碍。 “在不损失效率的情况下，它不能变得更致密。”

数据中心是一个低落的果实

在交换速度和电源效率之间进行权衡时，数据中心就是一个很好的例子，Shultis称这是该公司新电源芯片的低挂水果。 为什么？ 尽管每个人都专注于提高数据速率，但工程师不知道如何处理功耗。 “目前，数据中心正在尝试通过诸如热管理和液体冷却之类的技术来管理电源。” Shultis补充说。

数据中心在散热方面已达到极限。 换句话说，无论是网络接口卡（NIC），服务器还是光纤收发器，数据中心的功耗都达到了极限。 例如，服务器驱动着数据中心40％的电力。

因此，尽管诸如光纤收发器之类的密度极高的微型设备无法绕开电源管理，但更糟糕的是电源变得太大。 结果，由于它们的大小，它们离负载点太远了。

但是，如果系统设计人员可以在耗电处理器旁边获得电源管理，那么它将大大提高能效。 菲利普斯说：“ EP70xx芯片非常小，可以集成到负载旁边，为设计人员提供了最高的密度，同时还消除了分配损耗。”

然后，芯片可以即时调整处理器上的电压。 它可以在20 ns内立即将电压从0.5V缩放至1V。 今天，它通常在30μs内完成（ 图2 ）。 这就等于在处理器侧节省了能量，而芯片消除了过渡时间，这是有损事件。

图2 新芯片具有超快速动态电压缩放功能，使处理器能够在纳秒级的时间内改变电源状态。 资料来源：Empower Semiconductor

与SoC共同封装

Empower高管在将数据中心作为主要见证的同时，强调EP70xx芯片的较小的占位面积，功率密度和动态电压缩放功能也适用于AI，5G和手机设计。 DC / DC转换现在在每个市场中都有，EP70xx芯片为设计人员简化了它。

设计人员可以简单地将芯片放置在没有分立元件的PCB上，使用图形用户界面（GUI）选择设置，然后通过I  2  C / I3C端口 加载 。 他们不必担心输入和输出滤波器的设计，反馈电阻和环路补偿。

Shultis说，将裸片集成到片上系统（SoC）中引起了很大的兴趣，因为它很小并且可以放在处理器基板的下面。 他说：“它是如此之薄，甚至可以集成在封装的底部。”

EP70xx系列集成稳压器包括九种器件，可提供多种电流配置。 可提供样品和演示板，并计划在年底进行全面生产。