Power-2---同步降壓控制器

引言：上一節(jié)簡(jiǎn)述了基本的外部電源開(kāi)關(guān)同步降壓控制器單元，本節(jié)進(jìn)一步拓展內(nèi)容，在單相單輸出的基礎(chǔ)上引入相位和通道的概念，通過(guò)相位和通道的組合，得到更復(fù)雜和更強(qiáng)大輸出的電源軌。

1.相位和通道

對(duì)于外部電源開(kāi)關(guān)控制器來(lái)說(shuō)，它的通道概念和一般的有幾個(gè)輸出不同，我們將輸出定義為最終的Vout數(shù)量，而通道則定義為SW節(jié)點(diǎn)數(shù)，那么對(duì)于雙相單輸出來(lái)講，其Vout=1，而通道數(shù)=2。相位概念其實(shí)和通道數(shù)緊密相關(guān)，首先記住一個(gè)論斷，控制器的相位數(shù)=SW節(jié)點(diǎn)數(shù)=通道數(shù)。而相位差指的是SW節(jié)點(diǎn)的控制波形之間的時(shí)間差，以一個(gè)周期為360°為基準(zhǔn)，例如雙相，則相位差為180°，時(shí)間差為半個(gè)周期，三相，則相位差為120°，時(shí)間差為三分之一個(gè)周期，如圖2-1所示為四相，即Phase1-Phase4是四個(gè)SW節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作波形，相位差為90°，時(shí)間差為四分之一個(gè)周期。

圖2-1：移相原理

但需要注意的是，相位差并不一定是360°的N等分(N是相位數(shù))，比如六相控制器，不一定是60°×6，也可以是(0°-90°-180°)+60°+(60°-150°-240°)+60°+(120°-210°-300°)。

2.單相多輸出

單相多輸出的意思就是一個(gè)相位對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出，如圖2-2所示，沒(méi)有輸出疊加，有的控制器也同時(shí)支持兩種使用模式，即既可以合并使用輸出通道，也可以單獨(dú)使用通道。

圖2-2：?jiǎn)蜗嚯p輸出圖2-3是單相多輸出的節(jié)點(diǎn)波形圖，可以簡(jiǎn)單理解為是兩個(gè)獨(dú)立的DC-DC電源軌。

圖2-3：?jiǎn)蜗嚯p輸出節(jié)點(diǎn)波形圖

3.多相單輸出

如圖2-4是雙相單輸出結(jié)構(gòu)，多相單輸出的優(yōu)勢(shì)在于輸出電流可以做到更大，但是器件多，占據(jù)PCB面積更大，對(duì)Layout要求也更高。多相單輸出普遍用在多SOC系統(tǒng)，諸如服務(wù)器板卡，NVIDA的高算力芯片組合(Orin)等等。一方面可以滿足負(fù)載電流的需求，一方面更低的紋噪和更快的響應(yīng)速度也保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2-4：雙相單輸出

如圖2-5兩個(gè)控制器通道的相位相差180°，從而減少了所需的輸入電容數(shù)量和容值和電源紋波噪聲。

圖2-5：雙相單輸出節(jié)點(diǎn)波形圖

圖2-6給出了圖2-5模式的理想合相圖，IL1和IL2錯(cuò)相位180°，那么電流累加得到Iout，就可以大大消除電流紋波，對(duì)應(yīng)的電壓紋波也大大減小(理想為0波動(dòng))。這里只是兩相的示例，隨著相位的增多，紋波也會(huì)越小，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)也會(huì)更復(fù)雜，更多相的示例后續(xù)會(huì)有章節(jié)進(jìn)一步講解。

圖2-6：電流合相降低電流紋波原理

同時(shí)因?yàn)槎嘞辔坏腻e(cuò)相疊加，各個(gè)SW結(jié)點(diǎn)的工作頻率可以降低，比如使用500KHz也可以達(dá)到使用2MHz相同的紋波質(zhì)量(雙相相當(dāng)于工作頻率乘以2)，這樣一來(lái)，EMI也可以得到比較好的優(yōu)化，其中無(wú)論是單相還是多相，都可以使用多MOS并聯(lián)來(lái)提高負(fù)荷電流以及減少發(fā)熱，增加散熱。(傳送門：SCD-17：多MOS并聯(lián)使用的場(chǎng)景和要點(diǎn))