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【2025电源模块创意大赛】固态硬盘核心供电解决方案-作品提交（开篇） - 集成电感功率模块 - MPS技术论坛
【2025电源模块创意大赛】固态硬盘核心供电解决方案-作品简介 - 集成电感功率模块 - MPS技术论坛
本文为固态硬盘核心供电解决方案作品的第三篇文章，主要介绍各部分的主要设计实现和测试数据
3.1 MP5516
3.1.1 芯片简介
MP5516 是一款专为企业级固态硬盘（SSD）设计的单片式电源管理芯片，核心功能是实现能量存储与释放管理。
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输入电压范围：2.65V~16V，覆盖主流 SSD 供电需求。
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可配置软启动时间（tSS）和启动延迟时间（tTPOR），防止启动时的浪涌电流。
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存储电压（VSTRG）最高可配置至 36V，boost 充电电流支持 I2C 调节。
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自动在 “boost 充电模式”（给存储电容充电）与 “buck 释放模式”（断电时释放能量）间切换，依赖系统电压调节。
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buck 释放模式下采用恒定导通时间（COT）控制，开关频率（fSW）可配置，确保稳态运行时电压跌落小。
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通过 I2C 接口实现状态监控、参数配置及电容健康测试；内部 ADC 实时监测输入电压、电流及功率。
MP5516的输入为外部电源，输出为SYS_12V(+12V)电压，同时通过boost功能升压到V_STRG(33V)给储能电容进行充电。
当外部输入关闭时，V_STRG降压输出9V，此时SYS_12V变为了SYS_9V, 通过9V给后级负载进行供电。
3.1.2 引脚配置
3.1.3 测试数据
（a）上电&下电波形
①上电波形：外部电源供电+12V，MP5516进行boost工作模式，V_supply给后级V_BUS供电，同时给储能电容V_STRG进行充电
②保险丝复位延迟时间设置TPOR=3.4ms，实测为3.46ms
① VBUS上升斜率设置值T_DVDT=6.58ms，实测值6.13ms
④下电波形：关闭外部输入时，MP5516进行buck工作模式，V_STRG(33V)降压V_BUS(9V)，后级负载掉电保持500ms
（b）连续上下电测试
① 上电1s，掉电500ms，连续上下电
② 上电2s，掉电500ms，连续上下电
（c）输入过/欠压测试
MP5516的过压和欠压保护电压是由MODE引脚设置的，MODE引脚设定电子保险丝的欠压锁定（UVLO）保护阈值和钳位电压（VCLAMP），这里为第三种配置
同时在“Output Clamp Voltage (VCLAMP) and Over Voltage Protection (OVP)”章节介绍钳位电压VCLAMP，如果VBUS超过VOUT_OVP，钳位电路会将VBUS拉至VCLAMP。
① 过压保护
使用外部电源逐渐增加输入电压时，可以看到过压保护分为两个阶段：
阶段一：输入电压从12V增加到13.2V时，触发过压保护逻辑，MP5516会关闭V_STRG，停止boost功能。
阶段二：电压持续增加到14时，触发钳位保护逻辑，MP5516将输入电压固定在13.2V，即使输入电压继续增加。
② 欠压保护
UVP保护逻辑实测与数据手册中存在出入，UVP也存在两个阶段：
阶段1：输入电压从12V降低到9.16V时，触发过压保护逻辑，MP5516同时关闭V_STRG和VBUS，但经过3.2us后再次将VBUS开启。（不知道这个电压跌落是否符合预期）
阶段2：输入电压从9.16V降低到7.75V，将VBUS彻底关闭。
3.2 MPM3683-10
3.2.1 模块简介
MPM3683-10 为全集成 DC/DC 降压电源模块，核心优势是高集成度与易用性，可提供 10A 持续输出电流（IOUT），集成了 DC/DC 转换器、功率电感及无源元件。
l 输入电压（VIN）：外部 3.3V 偏置时 2.7V~16V；内部 / 外部 3.3V 偏置时 4V~16V
l 输出电压（VOUT）：0.6V~5.5V，支持差分 VOUT 远端采样（提升输出电压精度）
l COT 控制实现超快负载瞬态响应，稳定支持零 ESR 输出电容（如 MLCC）
l 可选脉冲跳跃模式（PSM，轻载高效） 或强制连续导通模式（FCCM，强制连续导通）
l 开关频率（fSW）：通过 MODE 引脚配置为 600kHz/800kHz/1000kHz
l 可配置软启动时间（tSS）：通过 TRK/REF 引脚外接电容调整
在本次设计中使用了两颗MPM3683-10，一颗输出0.8V给控制器供电，一颗输出SYS_5V给MPM54524进行供电。
3.2.2 引脚配置
这里仅展示0.8V输出的配置情况，5V输出只需更改分压电阻即可。同时原理图设计中预留了模式选择引脚，可以比较不同模式下的性能。
3.2.3 测试数据
（a）静态电流
MPM3683可以设置为PSM和FCCM模式，通过静态电流对比可以直观看到PSM的功耗优势。左侧为PSM=600k时的静态电流6.3mA，右侧为FCCM=600k时的静态电流21mA，两者差距约三倍。
（b）输出电压精度
MPM3683在不同输入和不同负载都表现出了很好的电压调整率，以下分别测试了在0.8V输出和5V输出下的数据。
Vout=0.8V：可以看出在不同输入下，随着电压随着负载电流的增加而上升，与数据手册和实际应用是相符的.
Vout=5V：在12V和16V输入下，电压表现的极为稳定；虽然在6V输入下，电压有20mV的跌落，但这个表现在8A输出电流下已经足够好了
（c）电源效率
从0.8V输出时效率曲线可以得出：
①PSM比FCCM在轻负载（Iout<1A）下效率更高，负载电流高于1A后，效率几乎一致；
②不论是PSM和FCCM，随着频率升高，效率逐渐降低；
① 不论是PSM和FCCM，负载电流在2-4A时效率最高；
可以看出在0.8V输出下整体效率比较低，最高只有82.7%，与数据手册中提供的效率曲线存在差异，一方面可能是PCB布局做的不够好，二是输出电压不同（数据手册中为1V输出）
数据手册：VIN=12V，Vout=1V时的效率曲线
下图为5V输出时的效率曲线，可以看出效率整体到90%，与数据手册的曲线相近
数据手册中效率曲线：
（d）电压纹波
纹波测试使用了DC+Offset的方式，可以看出MP3683在轻载和重载下都提供了非常好的输出纹波，输出电流8A下，纹波只有7mV左右。
（e）动态响应
动态响应测试了0-5A和2-4A两种电流阶跃的情况，两种情况下都有很明显的电压下冲.
这个环路表现不够好，后面还需要进行继续调试，调试方向：
①更改前馈电容CFF，看是否有改善
②增加输出滤波电容，看是否有改善
③复测5V输出下的动态响应
请问固态硬盘相较于机械硬盘有哪些优缺点呢？
请问固态硬盘一般有多少个电源轨呀？
通常有15-20个左右
3.1 MPM54524
3.3.1 芯片简介
MPM54524 是一款集成四通道 5A 电源模块，内置四通道降压调节器（Buck A/B/C/D），单通道输出 5A，采用恒定导通时间（COT）控制，实现超快瞬态响应。适用于对供电稳定性、灵活性和集成度要求较高的场景。
l 4V至16V宽输入电压范围，最高3.6V输出电压，输出电压可通过 I2C 总线动态调节，或通过MTP预设;
l 支持四通道并联（被动电流均流）；Buck A 与 Buck B 可工作于交错模式，并联输出达 10A（主动电流均流）
l 可选脉冲频率调制（PFM）/脉冲宽度调制（PWM）, 可配置开关频率（fSW）：500kHz至1000kHz；
l 全覆盖保护机制，包括欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、过压保护（OVP）、欠压保护（UVP）及热关断（Thermal Shutdown）
本次设计中MPM54524输入为SYS_5V，输出A-D分别设置为2.5V/1.2/2.5V/1.2V，开关频率采用默认配置FCCM=1000kHz，同时预留了IIC调试接口。
3.3.2 引脚配置
3.3.3 测试数据
MPM54524共有四个通道CHA-CHD，本次测试数据主要以CHA通道为主
（a） 输出电压精度
这里设置的四通道电压分别是：1.205V、1.2V、1.205V、1.2V，但是MPS官方GUI和我自己DIY的GUI读取到的电压不一致，很奇怪？
官方GUI:
DIY GUI：
（b）电压纹波
CHA通道提供了很小的输出纹波，在满载5A的情况下纹波只有22.5mV
（c）动态响应
动态响应测试了0.5A-4.5A和2A-4A两种电流阶跃的情况，在大电流动态时电压波动有点大
（d）电源时序
上电：
下电：
3.4 MP3438
3.4.1 芯片简介
MP3438GTL 是 MPS推出的高集成度升压转换器，主打宽电压范围、高效率及小型化，适用于多种电压升压场景。
宽输入电压范围：启动输入电压覆盖 2.7V~16V，可适配多种低电压与中电压电源场景，满足不同设备的供电需求。
高集成度与简化外围设计：内置低导通电阻（RDS (ON)）的高侧 MOSFET（HS-FET）与低侧 MOSFET（LS-FET），无需外部肖特基二极管，同时集成内部软启动、补偿电路及 BST bootstrap 供电功能。
高效运行与多模式适配：效率可达 91% 以上，轻载时自动进入省电模式（PSM）以降低开关损耗，当输入电压（VIN）超过设定输出电压（VOUT-SET）时，自动切换至直通模式维持高效率。
本次设计中MP3438输入为SYS_12V，输出为FLASH_12V，此时工作在直通模式。
当外部输入关闭时，SYS_12V变为9V，此时工作在升压模式。
3.4.2 引脚配置
3.4.3 测试波形
3.5 MP20075
3.5.1芯片简介
MP20075 是一款精密的DDR2/3/3L/4终端低压差（LDO）调节器，可为终端提供精确的VREF/2跟踪电压。VTT-LDO 输出可提供高达 3A 的灌/拉电流。
l VDDQ 输入电压范围 1.05V-3.6V，VTT-LDO 输出可提供3A 灌 / 拉电流；
l 仅需 20μF（2×10μF）陶瓷输出电容即可实现快速瞬态响应，VDRV 引脚需 4.7μF 旁路电容，REF/VTTREF 引脚需 0.1μF 旁路电容；
l 内置分压器，实现 VTT、VTTREF 对 VREF/2 的精确跟踪，VTTREF 为系统提供 10mA 驱动能力的高精密缓冲器输出；
本次设计MP20075输入为VDRV=3.3V和VDDQ=1.2V，输出分别为VTT=0.6V和VTTREF=0.6V，分别给DDR的参考电压供电。
3.5.2引脚配置
3.5.3测试波形
1.MP5516 欠压保护 (UVP) 逻辑的实测偏差
MP5516的UVP逻辑实测值与数据手册存在出入，建议核对MODE引脚配置，重新检查MODE引脚的实际电压，确保其符合预期的UVLO阈值。确认VIN下降速率，某些电源芯片的保护逻辑对VIN的下降斜率敏感。应在不同下降速率下进行测试，以确认9.16V时的瞬时行为是否由斜率引起。可以看看VBUS和VSTRG上的去耦电容和储能电容的大小。瞬时掉电/重启可能是由于保护逻辑启动后，储能电容上的残余能量导致VBUS快速恢复，触发重新开启。
2.环路问题
MPM3683-10采用LCOT控制，COT 控制器的主要优势是超快的负载瞬态响应，但其性能高度依赖于输出电容ESR和环路补偿。电压下冲主要发生在负载电流突然增加，我觉得根本原因在于：控制环路响应速度不足，虽然LCOT控制很快，但如果内部/外部补偿设计不当，反馈信号检测到电压跌落并开始增加占空比的时间仍然存在延迟。输出电容储能/ESR不足： 在控制环路响应之前，瞬态电流主要由输出电容提供。如果电容的容量不足，或者等效串联电阻ESR过高，会导致电压快速跌落。
可以将0.8V和5V输出端的MLCC电容数量增加10%到30%，并确保使用的是X7R材质的低ESR/ESL电容。另外仔细检查MPM3683-10输出到负载点的功率路径走线是否宽且短，特别是输出电容与芯片和负载之间的连接。不良的布局会引入额外的电感，导致动态响应恶化。
好规整有条理的帖子
先生慧眼识珠 
，谢谢