多相 DC/DC 转换器在整个负载范围内提供了高效率

 
图 1：大输出电流 1.5V/50A 应用电路原理图

        图 2 中的电路显示了一款典型的 LTC3829 应用原理图，该电路采用 3 个相位从 6V~28V 输入电压产生一个 1.2V/75A 输出。

 
图 2：大输出电流 1.2V/75A 应用电路原理图

       LTC3856 具有两个通道，且使用多个 IC 能实现多达 12 个相位。LTC3829 具有 3 个通道，当使用两个 IC 时，能以多达 6 个相位运作。内置的差分放大器负责提供对正和负终端的真正远端输出电压采样，从而实现了高准确度稳压，而不受走线、过孔和互连线中 IR 损耗的影响。

额外的好处
       这些控制器采用全 N 沟道 MOSFET，在 4.5V~38V 的输入电压范围内工作，并能产生 0.6V~5V、准确度为 ±0.75% 的输出电压。通过对输出电流检测，或通过使用一个检测电阻器来监视输出电感器 (DCR) 两端的压降，以实现最高的效率。可编程 DCR 温度补偿在很宽的温度范围内保持了准确的过流限制设定点。强大的内置栅极驱动器最大限度地降低了 MOSFET 的开关损耗，并允许使用多个并联连接的 MOSFET。固定工作频率可设定为 250kHz 至 770kHz，或者利用其内部 PLL 同步至一个外部时钟。仅为 90ns 的最短接通时间使 LTC3729 和 LTC3856 非常适用于高降压比 / 高频应用。

逐级递减操作
      在轻负载条件下，与开关切换有关的功率损耗通常左右着一个开关稳压器的总损耗。在轻负载时消除一个或多个输出级的栅极电荷和开关损耗将极大地提高效率。
逐级递减操作模式允许在轻负载情况下关断一个或多个相位，以降低与开关切换有关的损耗，而且这种操作模式通常在负载电流降至不到 15A 时使用。总体效率可以提升 13% 之多，如图 3 所示。这张图还显示了较早和可比较的 LTC3729 两相控制器的效率。由于更强的栅极驱动和更短的死区时间，LTC3856 能够在整个负载范围内实现比 LTC3729 约高 3% 至 4% 的效率。

 
图 3：采用逐级递减相位时 LTC3856 的效率曲线 (与较早的一款控制器做了对比)

       当内置反馈误差放大器的输出电压达到用户可编程电压时，就触发逐级递减操作模式。在这个编程电压上，该控制器关断它的一个或多个相位，并阻止功率 MOSFET 的接通和断开。这种能设置何时触发逐级递减操作模式的能力带来了能决定何时进入这种操作模式的灵活性。图 4 中显示了 SW 波形以及 LTC3829 怎样进入和退出逐级递减操作模式。

         
图 4：LTC3829 逐级递减相位波形：(a) 进入逐级递减操作模式，和 (b) 退出逐级递减操作模式

       LTC3856 和 LTC3829 能以 3 种模式中的任意一种来运作：突发模式 (Burst Mode®) 操作、强制连续模式或逐级递减模式，所有这 3 种模式均可由用户来选择。在超过 15A 的重负载条件下，这些器件以恒定频率 PWM 模式运作。在负载非常轻的情况下，可以选择突发模式操作，并将在负载电流不到 0.5A 时产生最高的效率。突发模式操作在一个周期至几个周期的脉冲串之间切换，而由输出电容器在内部睡眠期间提供能量。

有源电压定位
      LTC3856 和 LTC3829 还具备有源电压定位 (AVP) 功能，该功能在阶跃负载期间减小最大电压偏离，并在较重负载时降低功耗，从而进一步提高了其效率。图 5 示出了图 1 中的电路在采用和未采用  AVP 时的工作特性差异。未采用 AVP 时，就一个 25A 阶跃负载而言，最大电压偏离为 108mV。而采用 AVP 时，对于同样的 25A 阶跃负载，最大电压偏离则为 54mV。此外，当输出电流从 25A 上升至 50A 时，输出电压将下降 54mV，结果负载消耗较低的 2.7W 功率。

图 5：负载阶跃特性 (a) 未采用有源电压定位，和 (b) 采用有源电压定位

结论
      未来几年，降低数据中心功耗的需求将成为一个主要焦点。就几乎任何种类的系统而言，由于在一个给定机柜中受限的空间和冷却以及在整个负载范围内需要高效率等多种限制条件，所以 POL DC/DC 转换器的设计人员面临着诸多挑战。尽管必须克服大量的限制因素，很多近期推出的多相稳压器还是提供了简单、紧凑和高效率的解决方案。通过迈向多元化的多相拓扑结构，设计人员就能够有效地节省空间、简化布局、降低电容器纹波电流、改善可靠性并减少被作为热量而白白浪费掉的功率。