雖然單相降壓控制器適用于電流要求高達(dá)約25 A的低壓變換器應(yīng)用，但當(dāng)負(fù)載電壓較低且電流要求較高時(shí)，功耗和效率開(kāi)始成為問(wèn)題。對(duì)于工作電壓低于2 V且需要50 A或更高電流來(lái)處理數(shù)據(jù)的新一代高速處理器尤其如此。多相降壓轉(zhuǎn)換器有望解決這個(gè)問(wèn)題。

在這些應(yīng)用中使用多相技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它們可以通過(guò)較低的過(guò)渡損耗，較低的輸出紋波電壓，更好的瞬態(tài)性能以及較低的輸入電容的紋波電流額定值要求來(lái)提供更高的效率。

幾家功率半導(dǎo)體供應(yīng)商開(kāi)發(fā)了多相降壓控制器，包括集成解決方案，只需外部少量無(wú)源元件即可完成解決方案。該領(lǐng)域的一些主要參與者是International Rectifier，Intersil，Linear Technology，Maxim Integrated Products和Texas Instruments等。

詳細(xì)信息

德州儀器（TI）已生成應(yīng)用說(shuō)明1，詳細(xì)介紹了一些優(yōu)勢(shì)，并提供了一個(gè)設(shè)計(jì)示例來(lái)演示概述的功能。具有相關(guān)多相控制器的典型兩相轉(zhuǎn)換器如圖1所示。各個(gè)節(jié)點(diǎn)上兩相的相應(yīng)波形如圖2所示。如應(yīng)用筆記所述，兩相是交錯(cuò)的，這樣可以減小紋波電流。輸入和輸出。此外，交錯(cuò)還減少了印刷電路板（PCB）或特定組件上的熱點(diǎn)。實(shí)際上，兩相降壓轉(zhuǎn)換器可將MOSFET和相關(guān)電感器中的電流（rms）功耗降低一半，從而顯著降低過(guò)渡損耗，從而提高轉(zhuǎn)換效率。

圖1：具有相關(guān)多相控制器的典型雙相降壓轉(zhuǎn)換器。

圖2：各個(gè)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)階段的波形顯示兩個(gè)階段是交錯(cuò)的。

因此，由于每相的電流減小，輸出濾波器的要求也大大簡(jiǎn)化了。例如，采用40 A轉(zhuǎn)換器。與40 A單相設(shè)計(jì)不同，兩相解決方案在每相的功率級(jí)平均僅承載20 A.這種較低的平均電流以及較低的飽和電流會(huì)導(dǎo)致輸出電感和電感器尺寸急劇減小。

多相解決方案的另一個(gè)好處是輸出電容上的紋波電壓降低，這是輸出濾波器級(jí)中紋波電流消除的結(jié)果。圖3顯示了占空比為25％的兩相降壓轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果。如圖所示，電感紋波電流為2.2 A，但由于紋波電流消除，輸出電容僅為1.5 A。當(dāng)占空比增加到50％時(shí)，兩相解決方案在輸出電容中沒(méi)有顯示紋波電流。

圖3：模擬結(jié)果顯示輸出紋波電流在占空比為25％時(shí)要低得多，當(dāng)占空比增加時(shí)，輸出紋波電流會(huì)大大降低。

同樣，由于每個(gè)輸出電感中存儲(chǔ)的能量減少，負(fù)載瞬態(tài)特性也會(huì)提升性能。由于電流消除，降低的紋波電壓可最大限度地降低輸出電壓過(guò)沖和下沖。

為確保輸入電容不會(huì)過(guò)熱，必須仔細(xì)選擇它們以滿足紋波電流（rms）要求。 TI的應(yīng)用筆記顯示，采用多相方法時(shí)，輸入電容的輸入紋波電流（rms）規(guī)格顯著降低。事實(shí)上，討論表明，它可以減少近一半，以輕松滿足降壓級(jí)的紋波電流（rms）要求。

設(shè)計(jì)實(shí)例

TI采用雙相同步降壓控制器LM3754，創(chuàng)建了一款高功率密度評(píng)估板，可通過(guò)12 V輸入電源在40 A時(shí)提供1.2 V電壓。測(cè)量2×2英寸，雙相轉(zhuǎn)換器每相切換300 kHz。用于創(chuàng)建評(píng)估板的完整原理圖如圖4所示，而雙相降壓轉(zhuǎn)換器板的工作規(guī)范如表1所示。

圖4：使用LM3754的雙相轉(zhuǎn)換器的完整原理圖。

輸入電壓

10.8至13.2 V

輸出電壓

1.2 V±1％

輸出電流

40 A（最大）

開(kāi)關(guān)頻率

300 kHz

模塊尺寸

2 x 2英寸

電路區(qū)域

1.4 x 1.3英寸

《 p》模塊高度

0.5英寸

氣流

200 LFM

相數(shù)

2

表1：基于LM3754的雙相降壓轉(zhuǎn)換器的工作條件。

為獲得最佳性能，LM3754評(píng)估板的布局經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可最大限度地降低噪聲和電壓，如TI/National Application Note 2021.中所述.2結(jié)果是高效率，降低均方根紋波電流，低紋波電壓和良好的瞬態(tài)性能。測(cè)量的效率性能如圖5所示。

圖5：具有1.2 VDC輸出的40 A雙相轉(zhuǎn)換器的測(cè)量效率性能。

結(jié)果表明，對(duì)于給定的尺寸，雙相轉(zhuǎn)換器提供的效率高于單相設(shè)計(jì)。它從低負(fù)載到滿負(fù)載保持在80％以上，在中負(fù)載時(shí)峰值性能約為89％。

由于LM3754是一款可擴(kuò)展的雙相同步降壓控制器，因此可以輕松級(jí)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)更高的相位數(shù)，從而處理更高的輸出電流。 TI還使用兩個(gè)LM3754開(kāi)發(fā)了一款四相電路板，可通過(guò)12 VDC輸入在80 A時(shí)提供1.2 VDC電壓。雖然與兩相電路相比峰值效率略有下降，但仍然接近86％。

對(duì)于必須在高輸入電壓或廣泛變化的輸入下工作的降壓穩(wěn)壓器應(yīng)用，TI提供LM5119。與LM3754不同，LM5119只是一個(gè)雙同步降壓控制器，輸入電壓范圍為5.5至65 V.它可以配置為雙輸出或交錯(cuò)輸出為單輸出。控制方法基于使用仿真電流斜坡的電流模式控制。

其他多相降壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)商包括International Rectifier Corp.，Intersil，Linear Technology和Maxim Integrated Products。除了在低負(fù)載電壓下為高功率多相降壓轉(zhuǎn)換器提供控制器芯片和設(shè)計(jì)支持外，這些制造商還根據(jù)各自的多相控制器IC創(chuàng)建了應(yīng)用筆記。