今天的高性能ASIC和微處理器芯片消耗的功率可超過150瓦。關(guān)于1V1.5V的供電電壓，這些器件所要的電流可輕易超過100A。通過采用多相直流/直流轉(zhuǎn)換器，為此類器件供電的任務(wù)可變得更容易處理。目前，可擴(kuò)展控制器允許設(shè)計(jì)人員為特定的直流/直流轉(zhuǎn)換器選擇所要的相數(shù)。可擴(kuò)展性還允許幾個(gè)控制器同步并聯(lián)使用。電路板上基于pLL技術(shù)的時(shí)鐘發(fā)生器為控制器同步供應(yīng)了支持。

多相轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/p>

隨著負(fù)載電流超過20A30A，采用多相轉(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)變得愈加明顯。這些優(yōu)點(diǎn)包括：輸入紋波電流更小、輸入電容器的使用數(shù)量大大減少、紋波頻率的有效相乘可降低輸出紋波電壓，而將能量損失分布到更多器件上可降低器件溫度，同時(shí)還可降低外部器件的高度。

多相轉(zhuǎn)換器本質(zhì)上是并聯(lián)工作的多個(gè)降壓調(diào)節(jié)器，其中它們的開關(guān)頻率是同步的，相移為360/n度，其中n為相數(shù)。并聯(lián)轉(zhuǎn)換器使得輸出穩(wěn)定變得稍微復(fù)雜了一些，利用電流模式控制IC來調(diào)節(jié)每一個(gè)電感器的電流以及輸出電壓，這一問題可容易地獲得解決。

輸入紋波電流

設(shè)計(jì)人員在選擇輸入電容器時(shí)面對的關(guān)鍵問題就是要處理輸入紋波電流。通過利用多相拓?fù)洌斎爰y波電流可大大減小，因此每一相的輸入電容器通過的輸入電流脈沖幅度更小。而且相移還提高了電流波形中的有效工作因數(shù)，而這也使RMS紋波電流值更低。表1示出的紋波電流水平顯示出多相拓?fù)滢D(zhuǎn)換器可使紋波電流降低以及輸入電容器減少。

高K值陶瓷電容器供應(yīng)了最好的紋波處理性能并占用最小的pCB面積。采用1812外形的陶瓷器件紋波電流額定值為每電容23A。關(guān)于成本敏感的設(shè)計(jì)，電解電容器是一個(gè)很好的選擇。

降低輸出紋波電壓

關(guān)于處理器內(nèi)核供電，精度要求通常為2%。關(guān)于1.2V電源，這意味著輸出電壓的允許變化范圍為±25mV。更加有效利用輸出電壓窗口的技術(shù)稱為動態(tài)電壓定位(ActiveVoltagepositioning)。在輕負(fù)載情況下，轉(zhuǎn)換器將輸出電壓穩(wěn)定在輸出電壓窗口中點(diǎn)以上的位置，而在重負(fù)載時(shí)則將輸出電壓穩(wěn)定在輸出電壓窗口中點(diǎn)以下的位置。關(guān)于±25mV的輸出電壓窗口，在輕負(fù)載(重負(fù)載)時(shí)將輸出電壓調(diào)節(jié)在輸出電壓窗口的高端(低端)，這種方法可允許在負(fù)載逐步新增(降低)時(shí)充分利用整個(gè)輸出電壓窗口。

大負(fù)載電流逐步降低既要極低ESR值的電容器來盡量縮短瞬變過程，同時(shí)還要足夠大的電容值來吸收負(fù)載逐步降低時(shí)主電感器釋放出的存儲能量。通過采用有機(jī)聚合化合物可以獲得低ESR值的鉭電容，聚合物電容可供應(yīng)最低的ESR值和較大的電容值。陶瓷電容具有優(yōu)異的高頻特性，但每個(gè)器件的總電容值只有鉭和聚合物電容器的一半至四分之一那么大，因此陶瓷電容器通常不是輸出電容器的最佳選擇。

低側(cè)MOSFET

12V1.2V轉(zhuǎn)換器要低側(cè)MOSFET在90%的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，此時(shí)，導(dǎo)通損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)損耗。由于這一原因，經(jīng)常并聯(lián)使用兩或三個(gè)MOSFET。并聯(lián)使用幾個(gè)MOSFET有效地降低了RDS(ON)，因此也減少了導(dǎo)通損耗。

高側(cè)MOSFET

當(dāng)占空比為10%時(shí)，高側(cè)MOSFET的開關(guān)損耗大于導(dǎo)通損耗。由于高側(cè)MOSFET導(dǎo)通時(shí)間很少，導(dǎo)通損耗也就較小，因此低導(dǎo)通電阻就不如低開關(guān)損耗那么重要。在開關(guān)期間(包括導(dǎo)通和關(guān)閉)，MOSFET必須經(jīng)受住電壓和導(dǎo)通電流。這一電壓和電流的乘積決定了MOSFET的峰值功耗，因此開關(guān)時(shí)間越短，功耗越低。在選擇高側(cè)MOSFET時(shí)，要選擇低柵極電荷和柵漏電容值的MOSFET，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)比低導(dǎo)通電阻更為重要。表1示出了隨著相數(shù)的新增，總MOSFET損耗是如何降低的。

電感器的選擇

電感器的數(shù)值直接決定了紋波電流峰峰值。允許的紋波電流通常按最大直流輸出電流的百分比來計(jì)算。在大多數(shù)應(yīng)用中，紋波電流是最大直流輸出電流值的20%40%是比較理想的。

在低核心電壓時(shí)，電感器電流降低的速度要比電流上升的速度慢。在負(fù)載減輕過程中，輸出電容器可能會過充電，從而導(dǎo)致輸出電壓過高的情況。采用較小值的電感器(允許更大的紋波電流-接近40%)，則傳輸?shù)捷敵鲭娙萆系拇鎯δ芰扛。虼丝杀M量減少過壓的可能。

熱設(shè)計(jì)

表1給出了設(shè)計(jì)采用不同相數(shù)時(shí)，所需散熱器情況的估計(jì)。在可供應(yīng)100200LFM的強(qiáng)迫對流冷卻系統(tǒng)中，單相設(shè)計(jì)要相當(dāng)大的散熱器才能達(dá)到0.6C/W的熱阻。在四相設(shè)計(jì)中，熱阻可提高至2C/W，即使沒有散熱器和100200LFM的空氣流，這一熱阻值也可容易得到。

表1根據(jù)設(shè)計(jì)所使用的相數(shù)，比較同步降壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。圖中的例子為12V1.2V100A降壓調(diào)節(jié)器