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从TDA388xx稳压器看英飞凌的高性价比策略

《名企发布会动态》
2024-01-25 09:39 来源:电源网原创 编辑:邢

恒定导通时间(COT)控制是一种先进的控制模式,它基于滞环控制模式发展而来。在基本的迟滞控制中增加一个单稳态计时电路(One Shot)控制功率管的导通时间,使它在整个控制过程中能够保持开通时间恒定不变。

在DC/DC变换器中,为什么COT比传统电流模式控制方式更加有效?因为在传统控制架构中,误差放大器和内部时钟引起的开关周期延迟都会影响输出负载变化的瞬态响应性能。而与传统电压/电流模式控制相比,COT结构则非常简单,既减轻了环路设计的复杂,又拥有较快的响应速度,因而在开关电源的应用中逐渐广泛。

近日,英飞凌面向服务器、AI、数据通信、电信和存储市场推出12A和20A同步降压稳压器——TDA388xx系列产品。该系列产品的一个最重要的特征,就是它采用英飞凌自研的快速恒定导通时间(COT)控制模式,以确保快速瞬态响应,和最大程度地减少无源元件数量并节省电路板空间,在功率系统效率和设计紧凑性方面实现重大飞跃。

TDA388xx缘何能够引领AI服务器变革?

据统计,在一块GPU板上,DC-DC的用量将超过60颗,这个数量是服务器的CPU板上的1.5倍。除了POL,即集成了控制器和MOSFET的DC-DC以外,还有传统的数字控制器和Power Stage等,这些产品不仅占板面积很大,并且对于整体效率和主芯片性能的影响都非常大,如果AI芯片想发挥出最高的功效,周围的电源一定是非常重要的。

TDA388xx系列产品采用英飞凌自研的快速恒定导通时间(COT)控制模式,采用适合各种应用的通用性设计,提供可供选择的开关频率和软启动功能。由于具备可编程的电流限制,使得新器件可以实现精准的控制,而且支持固定频率连续导通模式(FCCM)和不连续导通模式(DCM)。此外,TDA388xx系列产品还可通过外部基准输入实现电压追踪。这一灵活性对于满足不同的功率系统要求至关重要。这些特性共同提升了产品系列的适应性和效率。

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TDA388xx系列同步降压稳压器

在大数据时代,AI算法的处理,数据通信等,都给电源的动态提出了更高的要求,系统不仅要满足纠错性,还要满足极高的电源动态响应。TDA388xx系列产品在动态负载下的电压精度是±0.5%,精度非常高。

此外,新系列产品的工作温度为-40℃-125℃,能够在比较宽的输入输出电压范围内稳定工作,宽输入范围2.7V-16V,输出范围0.6V-5.5V,可以满足所有的CPU、GPU,包括通信客户的ASIC主芯片的输入输出范围,以及服务器、AI、有线网络,包括交换机、路由器等的输入输出范围。它还可以通过外部偏置电源进一步扩展在各种DC-DC应用场景中的应用范围。

同时,TDA388xx产品系列的关键特性之一是其内置多种保护功能,包括热关断功能、预偏压启动和热补偿电流限制以及过压保护(OVP)和欠压保护(UVP)等,即使在故障情况下也能确保系统安全。凭借着这些特性,TDA38825/26/12/13特别适于要求严苛的功率系统环境。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用管理经理董唯一总结说:“该系列产品具有五大特点:第一,产品是可变换频率的,范围从600KHz到1MHz都是可调的;第二,软启动的时间最小可以达到1ms;第三,使用voltage模式;第四,有电源良好输出指示信号,另外,这个产品最主要的特点是一个单晶圆的产品,里面只有一个晶圆,这种产品最大的好处是性价比可以提高。”

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英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用管理经理 董唯一

在谈及新器件的FAST COT引擎的频率变化会不会带来EMI包括固态扩充的一些问题时,英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级主任工程师吴炼解释说:“TDA388xx采用英飞凌自有专利的FAST COT架构,带有内部的谐波补偿,没有外部硬件补偿线路,对于高性能的需求可以快速响应。当有动态负载,电压过冲跟下冲,英飞凌的产品可以很快调整回来,不会有缺陷的问题。另外,我们有内部补偿就不需要有外部的大的SP Cap或者电解电容,只需要全部是陶瓷电容的输出就可以了,同时输出纹波也非常小,1V的输出情况下,纹波可以达到10mV以内。”

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英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级主任工程师 吴炼

目前TDA388xx系列产品共有四款降压稳压器(TDA38812、TDA38813、TDA38825 和 TDA38826)。新器件采用符合ROHS标准的QFN-21(3mmx4mm)通用封装技术,BOM可以与其他友商进行兼容。

董唯一指出,英飞凌的产品优势不仅在于自身产品的可靠性,还在于它可以依托英飞凌强大的产品体系,将POL搭配数字控制器、Power Stage给客户提供系统级的解决方案,更有效的提升客户整个系统的性能,同时可以依托英飞凌自身的强大的供应链体系,在面对缺货或者库存,半导体周期性的变化中,可以进行有效的调整和面对。

英飞凌的高性价比策略

英飞凌对于高可靠性、高性能的DC-DC POL产品有不同的策略:一部分,在小电流的部分,即12A、20A这一部分的产品将采用单晶圆的技术,该技术也符合整个市场的趋势和要求,主打性价比和性能,因为单晶圆的芯片成本一定比多晶圆的低;另一部分,25A和40A产品,英飞凌会保持自己之前的工艺,将芯片推向更高效和更好性能的方向。英飞凌的产品采用COT技术,这将给工程师带来好处,更方便于他们的应用,在设计时也可以帮助他们简化整个设计的流程。

英飞凌对于这一部分产品生产的策略是从晶圆到后道厂的规划。该规划现在来看主要是两个策略:一部分,采用英飞凌自主的晶圆厂;另一部分,英飞凌会用多个后道晶圆厂来支持产品生产。该策略在给产品供能的时候能够提供一些备用的库存,来应对整体市场的变化。

在介绍产品的典型应用时,董唯一表示,服务器有大电流的应用场景时,这个时候会用数字控制器和Power Stage。但比如给外围电路供电,给外接口供电,和给其他的CPU上小电流的路径供电时,可能只需要十几安培,这时12A和20A的DC-DC就可以用上了。一是成本比较小,二是面积比较小,可以给客户提供一些便利。这也是典型的应用场景。而且它一个单晶圆的产品,里面只有一个晶圆,这样可以大幅度提高性价比,符合客户追求更高性价比的要求。值得一提的是,DC-DC不是单独的支撑AI应用,还要配合数字控制器和Power Stage使用。

在前两年的缺芯潮下,市场上方案的封装多样性给供应链带来了很大的不确定性。英飞凌TDA388xx系列产品具有通用性,能够为客户提供更大的选择余地,降低了供应链风险。它也可以使英飞凌整个产品架构更符合数据中心,包括服务器、AI、有线网、交换机等产品,以及5G、无线通信等客户的需求。

经过二十多年的发展,英飞凌已经从一个以产品、技术为导向的公司,逐步转型成为系统的集成商,到今天已经成为了解决方案提供商。英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用管理经理董唯一表示,英飞凌拥有世界级的8英寸和12英寸的晶圆厂、广泛的原材料供应来源、非常丰富的控制器、驱动IC、硅、碳化硅、氮化镓等系列产品,以及非常强大的软件和算法开发团队,这四大因素可以支撑英飞凌为客户提供更系统化的解决方案,更高性价比的产品。英飞凌希望凭借自己多年积累起来的实力不断推动数据中心的电源供电走向数字化,走向低碳化。

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