如何使用负载分担方法提升输出电流能力

 引言

　　在便携电子设备等空限受到高度约束的应用中，其中一个主要的集成电路(IC)选择标准是封装尺寸。大多数模拟IC制造商能够提供空间效率极高的封装，如uDFN或uCSP。然而，在模拟功率分配方面，这类超小型封装IC的主要限制就是功率耗散。因此，DC-DC转换器最大电流能力在1.5 A至2 A范围。虽然这电流对绝大多数应用都足够，但某些应用可能需要超过1.5 A至2 A的电流。在这种情况下，不仅是对于手持设备设计人员，还是IC制造商，使用超小型封装DC-DC转换器都具挑战;而随着更大功率需求的出现，此前业界广泛提供的低于1.5 A高集成IC的阵容也大幅变窄了。

　　要提供这样的大输出电流，并联2个通用DC-DC转换器也许是一种高性价比的解决方案。这种方法也可能因为厚度、空间节省和散热优势等因素而被采用。

　　然而，DC-DC转换器进行输出电压稳压时带有容限，其中包含带隙漂移、比较器偏移和闭环稳压等参数。设计人员使用带外部电阻桥的转换器时还必须顾及电阻精度。

　　本文将详述设计带2个并联DC-DC转换器的电源的方法和技巧。最后，还将探讨一种高性价比和高空间效率的解决方案及其应用设计，此方案使用高集成度双通道降压转换器，提供1.6 A电流能力。

　　NCP1532

　　NCP1532双通道降压DC-DC转换器是一款单片集成电路，专门用于采用1节锂离子电池或3节碱/镍铬/镍氢电池供电的便携应用，为新的多媒体设计的内核和输入/输出(I/O)电压供电。两个通道的电压都可在0.9V至3.3V范围之间调节，能够提供达1.6A的总电流，而每通道的最大电流为1.0A。两个转换器都工作在 2.25MHz开关频率，能使用较小的电感(低至1μH)和电容以减小元件尺寸，还可180o异相工作以降低电池上的大量电流需求。这器件可在PWM/PFM模式之间自动切换，并采用同步整流技术，提供更高的系统能效。


       必须评估外部元件

　　并联2个DC-DC转换器来增加输出电流能力需要额外的镇流电阻，以此防止出现2个转换器没有精确设定为相同电压的状况。在诸如安森美半导体NCP1532这样的全集成双通道DC-DC转换器中，源自误差放大器和参考电压的漂移可以忽略不计。然而，工程师需将这些镇流电阻减至最小，以降低功率损耗、优化解决方案能效，及确保可接受的负载稳压性能。

　　下述假设用于计算镇流电阻：

　　● 两个转换器使用相同参考电压。但由于外部电阻容限的缘故，每通道稳压输出电压并不相同，我们能够假设通道1在其容限的高端稳压，而通道2而在其容限的低端稳压;

　　● 镇流电阻将确保两个转换器不能超过它们的最大输出电流，即每通道1 A;

　　● 两个RSHARE镇流电阻的电阻值相同。


    基于上述假设，图2对应的电气参数可用于计算镇流电阻：

其中VOUT是输出电压;TOLOUT是外部分流比提供的容限，由等式(2)确定;IOUT是每通道最大输出电流;ILOADmax是最大额定电流。

总输出电压参考TOLOUT取决于外部分流器TOLR的精度：

以NCP1532为例，完成镇流电阻计算所需的参数是：反馈电压阈值VFB = 0.6 V;最大输出电流IOUT=1.0A;最大额定电流ILOADmax=1.6A;输出电压VOUT=1.2V、所使用电阻分流器精度为0.1%的DC-DC输出的容限是：

除了典型应用示意图所描述的第一部分的几个外部元件，这交错式NCP1532双通道应用示意图还使用2个精度为0.1%的电阻桥和2个连接滤波器输出至外部负载的6mW镇流电阻。

       仿真图显示镇流电阻对负载稳压的影响

　　如果我们视两个通道为适合的电压源—配置为提供1.2V±0.1%精度，图4仿真了我们的设计示例。

　　6mW镇流电阻补偿电阻分流器的高端及低端容限，而不会超越最大输出电流能力。然而，这种方法在1.6A电流时影响负载稳压性能达4.8mV，并会增加串联损耗。

　　提升能效的关键是将RSHARE镇流电阻减至最小

　　将串联损耗减到最小的关键因素是将等式(1)和等式(2)确定的镇流电阻RSHARE减至最小。基于双通道DC-DC转换器的最初假设能够在相当程度上降低这些串联电阻值。因此，可以在负载均衡情况下计算1.6A负载时的功率损耗：

　　而在均衡负载情况下，可以得出：

与负载提供的功率相比较：

使用双通道DC-DC转换器时，镇流电阻对能效产生的影响(8.2mW/1.92W=0.0043)小于0.5%。

　　交错使用两个精度为3%的独立式DC-DC转换器将需要电阻值更高的镇流电阻;而这会大幅影响负载稳压及能效。已经计算出3%精度时的镇流电阻为180mΩ。使用两个独立式DC-DC转换器影响能效达12%，而这对便携设备而言是不可接受的。


        负载瞬态性能确认设计的有效性