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作者：Sai Chaithanya Kaipa，產品營銷 Ye Fan，產品應用 ADI公司 摘要 當今的電子器件，尤其是高性能處理器和FPGA，對電力的需求不斷攀升。在此背景下，電源管理解決方案必須不斷進化，以提供更高的電流并確保設計靈活性。本文探討了如何將多通道電源管理集成電路(PMIC)用作單通道大電流電源。并聯多個穩壓輸出可以提升總電流能力，同時保持嚴格的電壓調節和熱平衡。這種技術不僅簡化了電源架構，而且增強了設計復用，減少了電路板空間，并改善了數字信號處理器、處理器、FPGA和微控制器等復雜電子器件中的熱分布。 引言 在現代電子系統設計中，電源管理集成電路(PMIC)因其能為復雜電源架構帶來設計靈活性而越來越受到重視。傳統電源解決方案主要關注效率和電壓調節，而PMIC則更進一步，將多個電源軌、時序控制邏輯、故障保護和遙測功能集成于一個緊湊的器件中。多通道PMIC通常用于管理多個電源輸出，每個通道為系統的特定部分提供穩定的電壓。這些器件還可以配置為多相模式，方法是組合多個通道來供應單個大電流軌，從而有效取代單通道大電流調節器。此方法涉及并聯多個通道，以確保各個通道均等分擔負載，防止任何單一通道過載。這種靈活性在需要大電流傳輸，同時保持效率和可靠性的應用中特別有用。此類PMIC通常用于數字信號處理器、處理器、FPGA和微控制器等復雜器件中，其中多個子系統需要不同的功率水平。 為了滿足不同應用的大電流需求，LT7200S采用薄型5 mm × 6 mm、48引腳LQFN封裝，ADP5055和ADP5056采用5.00 mm × 5.50 mm LGA封裝，而且全都具有并聯能力以實現大電流供電。 典型應用 隨著數據速度的提升和工作負載的增長，FPGA和SoC不斷演進，以滿足不斷上升的速度和容量需求。電源也必須隨之發展，在提供更大電流的同時，實現更高的功率密度。此外，簡便性和可靠性同樣重要。對于需要15 A以上電流的系統，可以并聯多個LT7200S穩壓器并錯相運行，確保功率輸送高效穩定。圖1和圖2展示了LT7200S的典型應用原理圖，它支持雙相和四相操作，通過并聯為負載提供更高的輸出電流。這款器件采用四相架構，四個內部同步降壓型穩壓器通道能夠高效并聯。每個通道能夠輸出或吸收±5 A的電流。當四相并聯時，合計可向公共輸出端提供高達±20 A的電流。而這是通過精密電流模式控制實現的，它能確保所有通道間精確均流，從而提升熱平衡和系統可靠性。 
圖1.四相并聯，用作20 A單輸出PMIC
圖2.雙相并聯，用作10 A/10 A雙輸出PMIC 這款器件通過PHMODE引腳支持相位交錯，允許每個通道與其他通道錯相運行，從而顯著減少輸入和輸出紋波。此外，MODE/SYNC引腳支持與外部時鐘同步，從而實現協調切換，并盡可能減少敏感應用中的噪聲。 工作頻率可通過外部電阻設置在400 kHz至3 MHz范圍內。用于對開關噪聲敏感的應用時，工作頻率支持外部同步。獨特的“可鎖相、受控導通時間、恒定頻率、電流模式”架構非常適合要求快速瞬態響應的高頻、高降壓應用。 LT7200S采用Silent Switcher® 2技術，憑借創新的設計和封裝工藝，能夠在實現高效率的同時降低電磁干擾(EMI)。得益于這項獨特技術，這些穩壓器對PCB布局變化的敏感度大幅降低，不僅簡化了設計流程，還顯著提升了整體性能表現。 LT7200S性能圖 圖3顯示了四相LT7200S解決方案的效率。四相配置與圖1所示配置類似，開關頻率為1 MHz，電壓從12 V降至1.2 V。它可提供高達20 A的連續負載電流。PHMODE引腳接GND，導致每個通道發生90°相移。這種交錯操作能夠減少輸入電流紋波，使熱負荷在整個電路板上均勻分布，降低對輸入和輸出電容的要求，盡可能減少EMI，并提高系統整體穩定性。為確保在穩態和啟動期間更好地均流，應將ITH、FB和TRACK/SS連接在一起。 這款器件在12 V輸入下實現了88%的峰值效率，并在20 A滿負載電流下保持86%的效率。圖4顯示了LT7200S在12 V降至1.2 V/20 A條件下工作的熱圖像，表明它在四相操作期間實現了良好的均流。
圖3.LT7200S四相效率，12 V降至1.2 V，1 MHz
圖4.LT7200S熱圖像：12 V降至1.2 V，20 A，1 MHz，無氣流，TA = 25°C 類似地，ADP5055和ADP5056在一個43引腳LGA封裝中集成了三個高性能降壓型穩壓器，可滿足嚴苛的性能和電路板空間要求。 這些器件可直接連接高達18 V的輸入電壓，無需使用前置調節器。所有通道均同時集成高邊和低邊功率MOSFET，以優化解決方案的效率。通道1和2提供3.5 A或7 A的可編程輸出電流，或在并聯工作模式下提供高達14 A的單路輸出電流。通道3提供1.5 A或3 A的可編程輸出電流。 ADP5055集成了高精度8位數模轉換器(DAC)，可通過兼容PMBus®的雙線接口，實現輸出電壓動態調節(DVS)。PMBus接口提供了其他靈活配置，例如啟動和關斷時序控制、單獨的強制脈寬調制(FPWM)或省電模式(PSM)選擇、輸出放電開關和電源良好信號。這些器件的額定結溫范圍是-40°C至+150°C。 結語 ADP5056、ADP5055和LT7200S等大電流PMIC更適合需要高效、靈活、可靠電源管理的應用，具備高性能、靈活性和高集成度，是電信、數據中心和工業自動化等復雜系統的理想選擇。并聯特性支持多個器件協同工作，從而提升電流能力和可靠性，對于需要可擴展且穩健電源解決方案的客戶至關重要。 作者簡介 Sai Chaithanya Kaipa曾任ADI公司電源系統部產品營銷工程師。他負責一系列為微控制器、FPGA、處理器和其他子系統供電的單芯片電源管理集成電路(PMIC)產品。Sai Kaipa于2021年加入ADI公司，此前曾在Molex和Maxim Integrated擔任營銷和產品管理職位。他于2018年畢業于印度欽奈Vel Tech大學，獲機械工程學士學位。 Ye Fan是ADI公司工業和多市場部門的高級應用工程師，主要負責電源產品。她于2017年獲得弗吉尼亞理工學院暨州立大學電氣工程碩士學位，畢業后即加入ADI公司。 |
