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多相电源解决方案的电源管理设计优势分析

有许多应用可以受益于多相电源,例如ASIC或处理器核心电源,汽车音频电源或服务器内存应用。几乎任何电源都可以充分发挥多相解决方案的优势。多相电源的优势包括热性能,尺寸,输出纹波和瞬态响应。该方案适用于简单的降压转换器,升压转换器以及更复杂的设计,例如有源钳位正向或反向转换器。与电源的传导损耗有关的热性能与电流的平方成正比。使用多相方法可以减少这些损耗。例如,使用双相,与传导损耗有关的电源可以减半。 ●单相导通损耗=●两相导通损耗=●四相导通损耗=导通损耗仅是电源总损耗的一部分,但是这些损耗在较高电流下将非常显着。通过采用多相方案来减小电源的尺寸。尽管需要使用更多的组件,但是组件的大小通常较小。磁性元件将占据大部分电源空间。尽管需要更多的组件,但总体积将减少。尺寸因子不仅与实际的大电流电源有关,有时低电流设计也可以受益,并且可以减小尺寸。多相方案的最大优势之一是消除了纹波电流。这种纹波电流消除对输入和输出电容器是有益的。下图是一个示例,说明了纹波电流消除如何降低输入或输出电容器中的均方根电流。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和图2进行了标准化处理,以显示在不同相位和占空比数量下均方根电流的减小。图1是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是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。可以使用多个功率电平来改善电源的瞬态响应。增大的主要原因是减小磁电感并使电流上升更快。较小的磁性设备将产生较大的纹波电流,但是由于消除了纹波电流,纹波性能可以保持不变。此外,较小的磁性元件也有助于增加转换器带宽。为了说明多相转换器的优势,必须考虑以下电源规格:●Vin = 12V●Vout = 1V●Iout = 40A●输出纹波频率= 500KHz单相设计和双相设计的比较简而言之与单相设计相比,与方案相比,多相电源可以提供很多优势。使用多相解决方案,可以改善热性能,输入和输出纹波电流,尺寸以及瞬态响应。唯一的缺点是,与传统的单相解决方案相比,设计稍微复杂一些,并且具有更多的组件。好消息是,我们可以使用专为多相设计而设计的德州仪器(TI)控制器,并通过以下经过测试的PowerLab设计简化多相电源设计。多相降压转换器电源设计:●PMP2277 —使用TPS40180实现三相60A同步电源●PMP3054 —使用TPS40140实现4相80A同步电源●PMP5621 —使用TPS40140和CSD87350实现4相80A同步电源●PMP7328 —使用TPS40422和CSD87350实现双相60A同步PMBUS电源多相升压转换器电源设计:●PMP2445 —使用TPS40090实现300W汽车音响应用的4相升压●PMP4538 —使用TPS40090实现用于汽车音频应用的500W 4相升压●PMP7850 —使用LM5122实现双相同步升压编辑