多相 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在整個負載范圍內(nèi)提供了高效率
圖 2：大輸出電流 1.2V/75A 應(yīng)用電路原理圖
LTC3856 具有兩個通道，且使用多個 IC 能實現(xiàn)多達 12 個相位。LTC3829 具有 3 個通道，當使用兩個 IC 時，能以多達 6 個相位運作。內(nèi)置的差分放大器負責(zé)提供對正和負終端的真正遠端輸出電壓采樣，從而實現(xiàn)了高準確度穩(wěn)壓，而不受走線、過孔和互連線中 IR 損耗的影響。
額外的好處
這些控制器采用全 N 溝道 MOSFET，在 4.5V~38V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并能產(chǎn)生 0.6V~5V、準確度為 ±0.75% 的輸出電壓。通過對輸出電流檢測，或通過使用一個檢測電阻器來監(jiān)視輸出電感器 (DCR) 兩端的壓降，以實現(xiàn)最高的效率�？删幊� DCR 溫度補償在很寬的溫度范圍內(nèi)保持了準確的過流限制設(shè)定點。強大的內(nèi)置柵極驅(qū)動器最大限度地降低了 MOSFET 的開關(guān)損耗，并允許使用多個并聯(lián)連接的 MOSFET。固定工作頻率可設(shè)定為 250kHz 至 770kHz，或者利用其內(nèi)部 PLL 同步至一個外部時鐘。僅為 90ns 的最短接通時間使 LTC3729 和 LTC3856 非常適用于高降壓比 / 高頻應(yīng)用。
逐級遞減操作
在輕負載條件下，與開關(guān)切換有關(guān)的功率損耗通常左右著一個開關(guān)穩(wěn)壓器的總損耗。在輕負載時消除一個或多個輸出級的柵極電荷和開關(guān)損耗將極大地提高效率。
逐級遞減操作模式允許在輕負載情況下關(guān)斷一個或多個相位，以降低與開關(guān)切換有關(guān)的損耗，而且這種操作模式通常在負載電流降至不到 15A 時使用�？傮w效率可以提升 13% 之多，如圖 3 所示。這張圖還顯示了較早和可比較的 LTC3729 兩相控制器的效率。由于更強的柵極驅(qū)動和更短的死區(qū)時間，LTC3856 能夠在整個負載范圍內(nèi)實現(xiàn)比 LTC3729 約高 3% 至 4% 的效率。
圖 3：采用逐級遞減相位時 LTC3856 的效率曲線 (與較早的一款控制器做了對比)
當內(nèi)置反饋誤差放大器的輸出電壓達到用戶可編程電壓時，就觸發(fā)逐級遞減操作模式。在這個編程電壓上，該控制器關(guān)斷它的一個或多個相位，并阻止功率 MOSFET 的接通和斷開。這種能設(shè)置何時觸發(fā)逐級遞減操作模式的能力帶來了能決定何時進入這種操作模式的靈活性。圖 4 中顯示了 SW 波形以及 LTC3829 怎樣進入和退出逐級遞減操作模式。
圖 4：LTC3829 逐級遞減相位波形：(a) 進入逐級遞減操作模式，和 (b) 退出逐級遞減操作模式
LTC3856 和 LTC3829 能以 3 種模式中的任意一種來運作：突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作、強制連續(xù)模式或逐級遞減模式，所有這 3 種模式均可由用戶來選擇。在超過 15A 的重負載條件下，這些器件以恒定頻率 PWM 模式運作。在負載非常輕的情況下，可以選擇突發(fā)模式操作，并將在負載電流不到 0.5A 時產(chǎn)生最高的效率。突發(fā)模式操作在一個周期至幾個周期的脈沖串之間切換，而由輸出電容器在內(nèi)部睡眠期間提供能量。
有源電壓定位
LTC3856 和 LTC3829 還具備有源電壓定位 (AVP) 功能，該功能在階躍負載期間減小最大電壓偏離，并在較重負載時降低功耗，從而進一步提高了其效率。圖 5 示出了圖 1 中的電路在采用和未采用 AVP 時的工作特性差異。未采用 AVP 時，就一個 25A 階躍負載而言，最大電壓偏離為 108mV。而采用 AVP 時，對于同樣的 25A 階躍負載，最大電壓偏離則為 54mV。此外，當輸出電流從 25A 上升至 50A 時，輸出電壓將下降 54mV，結(jié)果負載消耗較低的 2.7W 功率。
圖 5：負載階躍特性 (a) 未采用有源電壓定位，和 (b) 采用有源電壓定位
結(jié)論
未來幾年，降低數(shù)據(jù)中心功耗的需求將成為一個主要焦點。就幾乎任何種類的系統(tǒng)而言，由于在一個給定機柜中受限的空間和冷卻以及在整個負載范圍內(nèi)需要高效率等多種限制條件，所以 POL DC/DC 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計人員面臨著諸多挑戰(zhàn)。盡管必須克服大量的限制因素，很多近期推出的多相穩(wěn)壓器還是提供了簡單、緊湊和高效率的解決方案。通過邁向多元化的多相拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員就能夠有效地節(jié)省空間、簡化布局、降低電容器紋波電流、改善可靠性并減少被作為熱量而白白浪費掉的功率。
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