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[导读]为了应对工业和汽车行业日益严格的电源要求,多相设计是当今工程师的热门选择。对于超过 25A 的电流要求,越来越多的设计人员选择多相方法,因为它们具有关键优势。与单相设计相比,多相提供更低的输出纹波电压,以及更好的瞬态性能和更好的热性能,从而提高整体效率。

为了应对工业和汽车行业日益严格的电源要求,多相设计是当今工程师的热门选择。对于超过 25A 的电流要求,越来越多的设计人员选择多相方法,因为它们具有关键优势。与单相设计相比,多相提供更低的输出纹波电压,以及更好的瞬态性能和更好的热性能,从而提高整体效率。

为了在同步降压转换器中实现这些关键优势,设计人员必须交错相位。尽管存在许多交错双相的集成电路 (IC),但当需要多于两个相时就会出现挑战。在此PMP10979参考设计中,两个双相同步降压控制器并联连接以实现四相设计。图 1 和图 2 展示了PMP10979如何在24V 输入电压下提供 95A (1282W) 的 13.5V 电压。

电源提示:四相 1.2 kW 设计可在更高电流下实现高效率 

1:PMP10979的第 1 阶段和第 2 阶段

电源提示:四相 1.2 kW 设计可在更高电流下实现高效率 

2:第 3 阶段和第 4 阶段以及PMP10979

为了最大限度地发挥这种四相设计的优势(减少输入/输出纹波电流,从而减少电感器/场效应晶体管 [FET] 上的应力),您需要将相位分开 90 度。LM5119降压控制器的内部振荡器确保每个双相设计以 180 度异相运行。为确保四个相位之间的 90 度相移,必须向两个 IC 提供同步的外部时钟信号。这可以通过使用 555 定时器和逆变器轻松实现,如图 3 所示。定时器将以LM5119控制器和逆变器之一的开关频率的两倍输出占空比为 50% 的方波。逆变器的输出将被路由到另一个 IC。

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3:用于 90 度相移的外部时钟电路

这确保了随着方波的每个上升沿,IC 都会触发一个开关周期,从而产生相位 1、相位 3、相位 2 和相位 4 的相序,全部偏移 90 度。如果您调整设计的输入电压以产生 50% 的占空比,则 90 度相移变得明显,如图 4 所示。

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4:显示 90 度相移的 4 个相位的开关节点波形

将每相的开关频率保持在 200 kHz 以下将确保高侧 FET 中的开关损耗降至最低。此外,将电流分成四相可减少低侧 FET 中的传导损耗。热性能得到进一步改善,因为总功耗现在由许多较小的组件共享,如图 5 所示。

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5:1,280W 输出时的热性能 ( PMP10979 )

设计器件:

LM5119Q 器件是一款双路同步降压控制器,适用于 高压 电源或变化范围较大的输入电源的降压稳压器应用。此控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制可提供内部线路前馈、逐周期电流限制和简化的环路补偿。通过使用仿真电流斜坡可降低脉宽调制电路的噪声灵敏度,从而对高输入电压应用中所需的极小占空比进行可靠 控制。开关频率可设定在 50kHz 750kHz 范围内。LM5119Q 器件可驱动支持自适应死区时间控制的外部高侧和低侧 NMOS 功率开关。用户可选二极管仿真模式可实现断续模式运行,从而提高轻负载条件下的效率。凭借高压偏置稳压器以及自动切换至外部偏置的功能,可以进一步提高效率。其他 功能 包括:热关断、频率同步、逐周期和断续模式电流限制以及可调节线路欠压锁定。该器件采用功耗增强型 32 引脚无引线 WQFN 封装,并且配有利于散热的外露芯片连接焊盘。

LMC555 器件是业界标准 555 系列通用计时器的 CMOS 版本。除了标准封装(SOICVSSSOP PDIP)外,LMC555 还有采用 TI DSBGA 封装技术的芯片尺寸封装(8 凸点 DSBGA 封装)。LMC555 具有与 LM555 相同的产生精确时延和频率的能力,但功耗和电源电流尖峰要低得多。在一次性模式下,时延由单个外部电阻器和电容器精确控制。在非稳态模式下,振荡频率和占空比由两个外部电阻器和一个电容器精确设置。TI LMCMOS 工艺的运用扩展了频率范围和低电源能力。



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