國(guó)產(chǎn)電源芯片之路，任重而道遠(yuǎn)，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(guān)。在通訊基站，數(shù)據(jù)中心，人工智能這些新基建中，核心運(yùn)算處理器的速度越來(lái)越快，運(yùn)算量越來(lái)越多，產(chǎn)生的功耗也越來(lái)越大，如何為處理器提供高品質(zhì)的穩(wěn)定電源輸出，功能豐富的數(shù)字調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)功能，如何提升效率一直是多相電源芯片的關(guān)鍵技術(shù)。

針對(duì)現(xiàn)有的市場(chǎng)問(wèn)題，東莞市長(zhǎng)工微電子有限公司自主研發(fā)和設(shè)計(jì)了針對(duì)工業(yè)，通訊和計(jì)算電源市場(chǎng)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(guó)內(nèi)首顆可為CPU供電的多相并聯(lián)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，采用4x5 Flip-Chip QFN封裝技術(shù)，輸入電壓最高可達(dá)到16V，實(shí)現(xiàn)高達(dá)35A電流，0.4V到5.5V的輸出電壓轉(zhuǎn)換。同時(shí)，采用創(chuàng)新的多相并聯(lián)技術(shù)，最多8顆芯片并聯(lián)實(shí)現(xiàn)峰值為280A的輸出電流(如圖1)。IS6608A在額定輸入電壓范圍和輸出電流范圍內(nèi)，可以做到0.5%的一流輸出精度。其出色的動(dòng)態(tài)相數(shù)管理技術(shù)（自動(dòng)升降相）以及全面的telemetry數(shù)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(guó)產(chǎn)大電流電源管理芯片的首選。

圖1. IS6608A多相并聯(lián)方案

IS6608A的Super Pseudo Current Control（SPCCTM）控制模式：

圖2為SPCCTM控制模式的簡(jiǎn)單原理圖，圖3為控制的關(guān)鍵波形圖。PWM比較器的輸入Vramp是通過(guò)Pseudo Current模塊產(chǎn)生的，并不直接來(lái)自于電感電流的采樣，它具有和電感電流IL相似的波形，如圖3所示。在CLK信號(hào)到來(lái)時(shí)，PWM信號(hào)變高，開(kāi)啟功率管上管， Vramp如電感電流正比于電感電壓一樣線性升高，當(dāng)它到達(dá)VC時(shí)，PWM翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生SHOT信號(hào)，PWM變低，關(guān)閉功率管上管，下管開(kāi)啟，Vramp以正比于輸出電壓的斜率線性下降，直到下一個(gè)CLK再次到來(lái)。SPCCTM通過(guò)Vslp+和Vslp-的非線性斜坡補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。此外，獨(dú)特的VC鉗位技術(shù)使之在DCM和CCM之間實(shí)現(xiàn)平滑的電壓轉(zhuǎn)換。

長(zhǎng)工微的可堆疊DC/DC變換器的同步時(shí)鐘的專利技術(shù)，在管理穩(wěn)態(tài)下多相DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)時(shí)序的同時(shí)，也能在動(dòng)態(tài)相數(shù)變化的時(shí)保持開(kāi)關(guān)周期的穩(wěn)定并提供均衡的開(kāi)關(guān)相移。每相的開(kāi)關(guān)周期（即同步時(shí)鐘的循環(huán)周期）與相位總數(shù)無(wú)關(guān)，即使堆疊的相位總數(shù)發(fā)生實(shí)時(shí)變化時(shí)，同步時(shí)鐘SYNC也可以保持穩(wěn)定的循環(huán)周期和相位差，有利于DC/DC變換器的穩(wěn)定工作。

圖 2. Super Pseudo Current Control（SPCCTM）控制模式簡(jiǎn)圖

圖 3. Super Pseudo Current Control（SPCCTM）的時(shí)序圖

和傳統(tǒng)的峰值電流控制模式相比，SPCCTM控制模式有更好的抗干擾能力，Minimal on time的時(shí)間可以做的更小的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)極小的jitter，特別是在大電流的情況下，抗干擾能力的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更加明顯。和COT控制模式相比，SPCCTM控制模式采用固定頻率（CLK來(lái)自于內(nèi)部OSC或者外部SYNC信號(hào)），有利于多相并聯(lián)的同步及相位的穩(wěn)定控制；控制的核心參量Vramp的幅值能通過(guò)PMBUSTM接口輸入進(jìn)行實(shí)時(shí)的設(shè)置，可以很方便的在更寬的LC值域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。內(nèi)置的MTP也能將芯片的設(shè)置保存下來(lái)，用于下次開(kāi)機(jī)使用。

從芯片的應(yīng)用層次來(lái)看，采用SPCCTM控制模式具備以下幾個(gè)優(yōu)異的特性：

·出色的抗噪性

·不太敏感的元件放置和PCB布局。

·無(wú)需外部環(huán)路補(bǔ)償，適用于大范圍的LC組合。

·在不改變外部元件的情況下，可以優(yōu)化暫態(tài)和穩(wěn)定性。

多相控制芯片的數(shù)字通訊技術(shù)和telemetry功能

圖5為IS6608A的數(shù)字通訊及telemetry功能圖。IS6608A采用了最新的PMBUSTM1.3協(xié)議對(duì)芯片的輸出電壓、工作模式進(jìn)行控制。其中輸出電壓通過(guò)10bit D/A作為的電壓動(dòng)態(tài)控制，其最小步長(zhǎng)為1mV。電壓上升和下降的動(dòng)態(tài)速率也可以通過(guò)數(shù)字通訊協(xié)議設(shè)置和動(dòng)態(tài)修改。正負(fù)過(guò)流保護(hù)閾值，輸入輸出電壓的過(guò)壓、欠壓保護(hù)閾值等都可以通過(guò)數(shù)字通訊接口設(shè)置。內(nèi)置的MTP（多次修調(diào)編程）能夠保留并在下次啟動(dòng)時(shí)采用設(shè)置的參數(shù)。圖6 為PMBUSTM控制的動(dòng)態(tài)輸出電壓波形。

圖5. IS6608A的數(shù)字通訊及telemetry功能圖

圖6. IS6608A PMBus控制的動(dòng)態(tài)降壓（左）和升壓（右）波形

IS6608A擬采用PMBUSTM1.3協(xié)議以及MTP（多次修調(diào)編程），芯片集成了多個(gè)高精度A/D，能夠?qū)崟r(shí)記錄芯片的輸入電流電壓，輸出電流電壓以及芯片的溫度，智能保護(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和對(duì)CPU報(bào)告, 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)效率，安全運(yùn)行的目的。每個(gè)功率級(jí)都有故障上報(bào)管腳提供給控制器，一旦發(fā)生任何故障如輸入欠壓，過(guò)流，過(guò)熱都實(shí)時(shí)上報(bào)給控制器?？刂破骷煞且资缘拇鎯?chǔ)器NVM，一旦發(fā)生任何故障，控制器都立刻將故障信息寫入NVM?？刂破骶哂歇?dú)立于系統(tǒng)輸入的單獨(dú)3.3V供電，因此即使在輸入掉電的情況下，控制器都來(lái)得及將掉電導(dǎo)致的輸入欠壓故障寫入NVM。

圖7. IS6608A的電壓調(diào)節(jié)PMBUS寫入波形

圖8. IS6608A的電流檢測(cè)PMBUS讀取波形

圖9. PMBus讀取的輸出電壓電流（上方為負(fù)載儀顯示值）

動(dòng)態(tài)相數(shù)管理技術(shù)

基于對(duì)動(dòng)態(tài)相數(shù)管理技術(shù)的研究，采用分段化負(fù)載電流區(qū)間的方法，根據(jù)不同負(fù)載情況對(duì)應(yīng)決定需要工作的相位支路數(shù)，從而保持工作相位的平均電流在高效率區(qū)間，從而提高CPU供電系統(tǒng)的整體效率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率在全負(fù)載范圍內(nèi)的最優(yōu)化。

圖10. 動(dòng)態(tài)相數(shù)管理效率對(duì)比

圖11.IS6608A 自動(dòng)升降相波形變化

編輯：hfy