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供電的多相并聯電源芯片。

IS6608A作為一款全集成、兼容PMBUSTM接口的高頻同步降壓變換器，采用4x5 Flip-Chip QFN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，采用創新的多相并聯技術，最多8顆芯片并聯實現峰值為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，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。

圖1. IS6608A多相并聯方案

IS6608A的Super Pseudo Current Control（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Pseudo Current模塊產生的，并不直接來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信號到來時，PWM信號變高，開啟功率管上管， 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，下管開啟，Vramp以正比于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。

長工微的可堆疊DC/DC變換器的同步時鐘的專利技術，在管理穩態下多相DC/DC變換器的開關時序的同時，也能在動態相數變化的時保持開關周期的穩定并提供均衡的開關相移。每相的開關周期（即同步時鐘的循環周期）與相位總數無關，即使堆疊的相位總數發生實時變化時，同步時鐘SYNC也可以保持穩定的循環周期和相位差，有利于DC/DC變換器的穩定工作。

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

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

和傳統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控制模式采用固定頻率（CLK來自于內部OSC或者外部SYNC信號），有利于多相并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值域范圍內實現穩定。內置的MTP也能將芯片的設置保存下來，用于下次開機使用。

從芯片的應用層次來看，采用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布局。

·無需外部環路補償，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采用了最新的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10bit D/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）能夠保留并在下次啟動時采用設置的參數。圖6 為PMBUSTM控制的動態輸出電壓波形。

圖5. IS6608A的數字通訊及telemetry功能圖

圖6. IS6608A PMBus控制的動態降壓（左）和升壓（右）波形

IS6608A擬采用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溫度，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。控制器具有獨立于系統輸入的單獨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。

圖7. IS6608A的電壓調節PMBUS寫入波形

圖8. IS6608A的電流檢測PMBUS讀取波形

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

基于對動態相數管理技術的研究，采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范圍內的最優化。

圖10. 動態相數管理效率對比

圖11.IS6608A 自動升降相波形變化

編輯：hfy