多相位降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢有哪些

有很多應(yīng)用都可通過多相位電源獲得優(yōu)勢，例如 ASIC 或處理器的內(nèi)核電源、汽車音響電源或者服務(wù)器的存儲器應(yīng)用等。幾乎任何電源都可充分發(fā)揮多相位方案的優(yōu)勢。多相位電源優(yōu)勢包括熱性能、尺寸、輸出紋波以及瞬態(tài)響應(yīng)等。該方案適用于簡單的降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器以及諸如有源鉗位正向或反向轉(zhuǎn)換器等更復(fù)雜設(shè)計(jì)。

電源與傳導(dǎo)損耗有關(guān)的熱性能與電流平方成正比。使用多相位方法可減少這些損耗。例如使用雙相位，與傳導(dǎo)損耗有關(guān)的電源可減半。

單相位傳導(dǎo)損耗 =

雙相位傳導(dǎo)損耗 =

四相位傳導(dǎo)損耗 =

傳導(dǎo)損耗只是電源總體損耗的一部分，但在較大電流下這些損耗會非常顯著。

通過采用多相位方案縮小電源尺寸。盡管需要使用更多組件，但組件的尺寸一般比較小。磁組件會占據(jù)絕大多數(shù)電源空間，盡管需要更多元件，但整體體積還是會縮小。尺寸因素不僅與真正的大電流電源有關(guān)，有時較低電流的設(shè)計(jì)也會受益，可縮小尺寸。

多相位方案的最大優(yōu)勢之一是紋波電流消除。該紋波電流消除有利于輸入輸出電容器。下圖是紋波電流消除如何降低輸入或輸出電容器中均方根電流的實(shí)例。

圖 1 圖 2 經(jīng)過規(guī)范化，可顯示在不同相位及占空比數(shù)量下，均方根電流的降低情況。圖 1 針對降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入電容器或升壓轉(zhuǎn)換器中的輸出電容器。圖 2 針對降壓轉(zhuǎn)換器中的輸出電容器或升壓轉(zhuǎn)換器中的輸入電容器。

可使用多個功率級提高電源的瞬態(tài)響應(yīng)。提高的主要原因是能夠降低磁電感，使電流升高更快。更小的磁器件會導(dǎo)致更大的紋波電流，但由于紋波電流消除的原因，紋波性能可保持不變。此外，更小的磁組件還有助于增大轉(zhuǎn)換器帶寬。

要說明多相位轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢，必須涉及以下電源規(guī)范：

Vin = 12V

Vout = 1V

Iout = 40A

輸出紋波頻率 = 500KHz

單相位設(shè)計(jì)與雙相位設(shè)計(jì)的對比

總之，與單相位方案相比，多相位電源可提供許多優(yōu)勢。使用多相位方案，熱性能、輸入輸出紋波電流、尺寸以及瞬態(tài)響應(yīng)都可得到改善，唯一的不足是設(shè)計(jì)稍微有些復(fù)雜，比傳統(tǒng)單相位方案的組件數(shù)量要多。好消息是我們可采用德州儀器 (TI) 專門針對多相位設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的控制器、通過以下經(jīng)過測試的 PowerLab 設(shè)計(jì)方案簡化多相位電源設(shè)計(jì)。

多相位降壓轉(zhuǎn)換器電源設(shè)計(jì)：

PMP2277 — 使用 TPS40180 實(shí)現(xiàn) 3 相位 60A 同步電源

PMP3054 — 使用 TPS40140 實(shí)現(xiàn) 4 相位 80A 同步電源

PMP5621 — 使用 TPS40140 和 CSD87350 實(shí)現(xiàn) 4 相位 80A 同步電源

PMP7328 — 使用 TPS40422 和 CSD87350 實(shí)現(xiàn)雙相位 60A 同步 PMBUS 電源

多相位升壓轉(zhuǎn)換器電源設(shè)計(jì)：

PMP2445 — 使用 TPS40090 為汽車音響應(yīng)用實(shí)現(xiàn) 300W 4 相位升壓

PMP4538 — 使用 TPS40090 為汽車音響應(yīng)用實(shí)現(xiàn) 500W 4 相位升壓

PMP7850 — 使用 LM5122 實(shí)現(xiàn)雙相位同步升壓

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