如何使用多相转换器平衡电流

在之前应用中，，有很多关于PMBus ™ 的好处以及 PMBus负载点解决方案如何获得这些好处的讨论。但是，需要多相转换器的真正大电流 ASIC 内核轨呢？

企业服务器和交换机、存储连接网络、基站和 FPGA 测试仪是使用大电流 ASIC、DSP、FPGA 和 DDR 内存芯片的终端设备的例子。这些应用需要高达 100A 或更高的输出电流。多相转换器是这些高电流的理想解决方案，因为它降低了输入均方根 (RMS) 电流（需要更少的输入电容器）并降低了输出纹波电流（需要更少的输出电容器）。此外，多相转换器可实现更快的负载瞬态响应（需要更小的电感器），同时实现更好的热分布和更高的输出功率容量（参见图 1）。

图 1：具有交错异相（多相）降压级的多相电压调节器。

由于纹波电流交错，输入和输出电容器的尺寸和成本都大大降低，因为每相的输入和输出纹波电流相互抵消（见图 2）。

图 2：多相稳压器输入/输出纹波电流消除。

多相转换器设计的主要挑战之一是如何保持和保证每相的电流共享（也称为电流平衡），不仅在稳态（输出电流需求没有重大变化），而且在动态状态（在负载瞬变） 。

平均电流不平衡是电流感应环路的结果，来自：

· 电流检测放大器失调差

· 电流检测误差放大器增益差

· 电流传感元件容差（电阻器、电感器直流电阻或 MOSFET Rds(on)

· 具有均流总线的架构的失配贡献率

· 单个相的热/温差

动态电流不平衡也是多种因素的结果：

· 阻抗差和电流共享环路带宽限制

· 电流检测网络电阻电容 (RC) 容差 - 各个相位的 RC 不同

· 动态负载

· 动态相脱落/添加 

电流不平衡的影响，尤其是在负载瞬态期间可能非常严重，并且可能使电感器饱和，从而导致电源过热和崩溃。缺乏严格的相间电流平衡迫使电源工程师过度设计每相中的电感器以适应吸收的额外电流，这反过来又使电源体积更大、成本更高（参见图 3）。

图 3：负载瞬态期间的多相稳压器相位不平衡——无纹波消除。

TPS53647是一款大电流、多相、降压控制器，采用 TI 的专利 AutoBalance 相间电流平衡技术，消除了工程师的这一难题。

TPS53647是一款大电流、多相降压控制器。该设备提供内置非易失性存储器（NVM）和PMBus接口。它与NexFET功率级（CSD95372BQ5MC）兼容。TPS53647提供8位启动电压选择，涵盖从0.5 V到2.5 V的输出电压，步长小至5 mV，非常适合具有精确输出电压设置的大电流应用。先进的控制功能，如D-CAP+架构（带下冲减少（USR）和超调减少（OSR））提供快速瞬态响应、最低输出电容和高效率。TPS53647还提供了新颖的相位交错策略和动态相位切换，以提高轻负载时的效率。此外，TPS53647支持与电压、电流、功率、温度和故障状态遥测系统的PMBus通信接口。一些配置可以通过pinstrap或PMBus进行编程，并存储在非易失性存储器中，以尽量减少外部组件数量。

均流的基本机制是感测平均相电流，然后调整每相的脉冲宽度以均衡每相电流。借助 AutoBalance 技术，电流被放大、过滤并与平均电流进行比较。在每个导通时间，参考电压（DAC 电压）都会被调整一个等于 K 因子乘以相电流减去平均电流的电压。滤波非常轻，平衡电流的整个系统响应小于 25us。 这种滤波可以实现非常严格的相间电流平衡（参见图 4）。此外，由于设计工程师非常准确地知道每相将承载的电流，因此他可以灵活地在每相中使用更小的电感器，从而获得更小、更可靠且成本更低的多相电源。

图 4：TPS53647 AutoBalance 相电流共享。

TPS53647 还可用作完整的 PMBus 4 相无驱动 PWM 控制器，可通过非易失性存储器或广泛的电阻器引脚绑定进行配置设置。PMBus 接口提供电压、电流、功率、温度和故障条件的遥测。