何時選用多相位轉(zhuǎn)換器？

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。

相關(guān)文章：多相位降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢

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例。

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圖 1：降壓輸入電容器，升壓輸出電容器

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圖 2：降壓輸出電容器，升壓輸入電容器

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)計與雙相位設(shè)計的對比

單相位設(shè)計

雙相位設(shè)計

傳導(dǎo)損耗

P

? P

開關(guān)損耗（維持 500KHz）

P

? P

RMS 輸入紋波電流

0.3*I

0.2*I

RMS 輸出紋波電流

0.9*I

0.8*I

組件數(shù)量

X

1.5*X

電感器體積

17 毫米 x 17 毫米 x 7 毫米

2023mm3

2 x 10 毫米 x 10 毫米 x 4 毫米

800mm3

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)計方案設(shè)計的控制器、通過以下經(jīng)過測試的 PowerLab 設(shè)計方案簡化多相位電源設(shè)計。

多相位降壓轉(zhuǎn)換器電源設(shè)計：

PMP2277 — 使用 TPS40180 實現(xiàn) 3 相位 60A 同步電源

PMP3054 — 使用 TPS40140 實現(xiàn) 4 相位 80A 同步電源

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

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

多相位升壓轉(zhuǎn)換器電源設(shè)計：

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

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

PMP7850 — 使用 LM5122 實現(xiàn)雙相位同步升壓