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外部电源开关同步降压控制器原理解析
时间:2024-03-14 小九足球直播

  同步降压控制器单元,本节进一步拓展内容,在单相单输出的基础上引入相位和通道的概念,通过相位和通道的组合,得到更复杂和更强大输出的

  对于外部电源开关控制器来说,它的通道概念和一般的有几个输出不同,我们将输出定义为最终的Vout数量,而通道则定义为SW节点数,那么对于双相单输出来讲,其Vout=1,而通道数=2。相位概念其实和通道数紧密相关,首先记住一个论断,控制器的相位数=SW节点数=通道数。而相位差指的是SW节点的控制波形之间的时间差,以一个周期为360°为基准,例如双相,则相位差为180°,时间差为半个周期,三相,则相位差为120°,时间差为三分之一个周期,如图2-1所示为四相,即Phase1-Phase4是四个SW节点的动作波形,相位差为90°,时间差为四分之一个周期。

  但需要注意的是,相位差并并不全是360°的N等分(N是相位数),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°)。

  单相多输出的意思就是一个相位对应一个输出,如图2-2所示,没有输出叠加,有的控制器也同时支持两种使用模式,即既可以合并使用输出通道,也可以单独使用通道。

  图2-2:单相双输出图2-3是单相多输出的节点波形图,可以简单理解为是两个独立的DC-DC电源轨。

  如图2-4是双相单输出结构,多相单输出的优点是输出电流能做到更大,但是器件多,占据PCB面积更大,对Layout要求也更高。多相单输出普遍用在多SOC系统,诸如服务器板卡,NVIDA的高算力芯片组合(Orin)等等。一方面能够满足负载电流的需求,一方面更低的纹噪和更快的响应速度也保证了系统的稳定性。

  如图2-5两个控制器通道的相位相差180°,由此减少了所需的输入电容数量和容值和电源纹波噪声。

  图2-6给出了图2-5模式的理想合相图,IL1和IL2错相位180°,那么电流累加得到Iout,就可以大幅度消除电流纹波,对应的电压纹波也大大减小(理想为0波动)。这里只是两相的示例,随着相位的增多,纹波也会越小,对应系统也会更复杂,更多相的示例后续会有章节进一步讲解。

  同时因为多相位的错相叠加,各个SW结点的工作频率能降低,比如使用500KHz也能够达到使用2MHz相同的纹波质量(双相相当于工作频率乘以2),这样一来,EMI也能够获得比较好的优化,其中无论是单相还是多相,都能够正常的使用多MOS并联来提高负荷电流以及减少发热,增加散热。(传送门:SCD-17:多MOS并联使用的场景和要点)

  引言:前面DC-DC系列以基础为主,且主要是针对集成式DC-DC,本节开启

  的拓扑结构 /

  系统因为负载电流大,所以对效率极其敏感,效率反过来又影响着散热性,此外相对于集成式DC-DC,外置

  PCB layout检查注意事项 /

  的输入信号 Control 为低电平或高阻时,三极管Q2的基极被拉低到地,为低电平,Q2不导通,进而MOS管Q1的Vgs = 0,MOS管Q1不导通,+5V_OUT 无输出。电阻R4