何时选用多相位

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作者：Robert Taylor  德州仪器

有很多应用都可通过多相位电源获得优势，例如 ASIC 或处理器的内核电源、汽车音响电源或者服务器的存储器应用等。几乎任何电源都可充分发挥多相位方案的优势。多相位电源优势包括热性能、尺寸、输出纹波以及瞬态响应等。该方案适用于简单的降压转换器、升压转换器以及诸如有源钳位正向或反向转换器等更复杂设计。

相关文章：多相位降压转换器的优势

电源与传导损耗有关的热性能与电流平方成正比。使用多相位方法可减少这些损耗。例如使用双相位，与传导损耗有关的电源可减半。

• 单相位传导损耗 =

• 双相位传导损耗 =

• 四相位传导损耗 =

传导损耗只是电源总体损耗的一部分，但在较大电流下这些损耗会非常显著。

通过采用多相位方案缩小电源尺寸。尽管需要使用更多组件，但组件的尺寸一般比较小。磁组件会占据绝大多数电源空间，尽管需要更多元件，但整体体积还是会缩小。尺寸因素不仅与真正的大电流电源有关，有时较低电流的设计也会受益，可缩小尺寸。

多相位方案的最大优势之一是纹波电流消除。该纹波电流消除有利于输入输出电容器。下图是纹波电流消除如何降低输入或输出电容器中均方根电流的实例。

图 1：降压输入电容器，升压输出电容器

图 2：降压输出电容器，升压输入电容器

图 1 图 2 经过规范化，可显示在不同相位及占空比数量下，均方根电流的降低情况。图 1 针对降压转换器中的输入电容器或升压转换器中的输出电容器。图 2 针对降压转换器中的输出电容器或升压转换器中的输入电容器。

可使用多个功率级提高电源的瞬态响应。提高的主要原因是能够降低磁电感，使电流升高更快。更小的磁器件会导致更大的纹波电流，但由于纹波电流消除的原因，纹波性能可保持不变。此外，更小的磁组件还有助于增大转换器带宽。

要说明多相位转换器的优势，必须涉及以下电源规范：

• Vin = 12V
• Vout = 1V
• Iout = 40A
• 输出纹波频率 = 500KHz

单相位设计与双相位设计的对比

	单相位设计	双相位设计
传导损耗	P	½ P
开关损耗（维持 500KHz）	P	½ P
RMS 输入纹波电流	0.3*I	0.2*I
RMS 输出纹波电流	0.9*I	0.8*I
组件数量	X	1.5*X
电感器体积	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

总之，与单相位方案相比，多相位电源可提供许多优势。使用多相位方案，热性能、输入输出纹波电流、尺寸以及瞬态响应都可得到改善，唯一的不足是设计稍微有些复杂，比传统单相位方案的组件数量要多。好消息是我们可采用德州仪器 (TI) 专门针对多相位设计方案设计的控制器、通过以下经过测试的 PowerLab 设计方案简化多相位电源设计。

多相位降压转换器电源设计：

• PMP2277 — 使用 TPS40180 实现 3 相位 60A 同步电源
• PMP3054 — 使用 TPS40140 实现 4 相位 80A 同步电源
• PMP5621 — 使用 TPS40140 和 CSD87350 实现 4 相位 80A 同步电源
• PMP7328 — 使用 TPS40422 和 CSD87350 实现双相位 60A 同步 PMBUS 电源

多相位升压转换器电源设计：

• PMP2445 — 使用 TPS40090 为汽车音响应用实现 300W 4 相位升压
• PMP4538— 使用 TPS40090 为汽车音响应用实现 500W 4 相位升压
• PMP7850 — 使用 LM5122 实现双相位同步升压