使用两阶段buck变换器的好处包括减少纹波电压、更少的输入电容,和更好的效率。
降压稳压器(巴克)一直是首选的直流-直流转换电子主力由于固有的效率高。只有在巴克模式当前指向在整个周期的输出。越高的电流输出,每周期,使巴克转换器最有效的体系结构。作为其中一个例子,现代微处理器,从那些用于智能手机的强大服务器刀片,操作非常低的输入电压,使巴克转换器所需的电源。这些应用程序在成熟发展,电源必须加强其权力交付而加强效率,减少热量损失。因此,巴克转换器已经从非同步的从单相同步切换和设备提供几百毫安级电流的多相设备能成功交付成千数百安培的电流。图1显示了一个现代街舞交错buck变换器驱动智能手机和平板电脑的CPU核心芯片。
图1。图的多相交错PCB
为简单起见,我们将集中讨论两阶段交叉,同步降压转换器架构(图2)。
图2。图的两阶段交叉巴克转换器
两个交叉阶段保证纹波电流,因此,减少纹波电压。获得低纹波电流总在一个相对较低的,每操作的频率。作为一个例子,图3显示了两个波纹电流180°不同相的33%责任周期导致总纹波电流幅度的一半单相两倍的频率。低输出纹波电流和电压纹波频率更高意味着需要更少的电容器输出,导致一个更小的BOM。
图3。插图的两阶段电流脉动降低和时间
两相体系结构还需要更少的输入电容。总输入电流的总和两个不同相的电流(I三机一体和我IN2图4)。在这里,传播的总输入电流随着时间的减少输入电流的总均方根值,与单相操作相比,允许一个更小的输入电流纹波滤波器。
图4。插图的两阶段输出纹波电流和输入电流与时间
另外,如图5所示,两阶段(2Φ,红色所示)是更有效的比单相(1Φ,蓝色所示)时,两个方案运行在相同的输出纹波频率。单相,通过运行两次切换频率(f西南两阶段),也可以实现高频率、低纹波电流,但较高的切换损失。两个计划有同等数量的转换在一个时期,但两相转换器了电流的一半单相变频器(超过时间的两倍),从而降低切换损失。
图5。插图的两阶段电流和单相电流与时间
两阶段转换的另一个好处是快速瞬态响应和降低电压超调/低于在负载的步骤。一半当前每阶段,降低纹波电流振幅,脉动频率的两倍,现在可以推高相位切换频率进一步减少组件的大小和增加没有遇到热转换器的闭环带宽限制。
最后,随着总负载电流的增加,被动元件的大小增加。对于高负载,单相巴克的电感体积大而且效率低下。多相操作减少了当前在每一个阶段,确保最优规模的被动者。
作为一个例子,MAX7781220一个可配置的、single-to-quad-phase single-to-quad-output大电流,巴克转换器(降压)。丰富的投资组合多相交错巴克转换器可用于系统设计师。
非常大电流应用中,重要的是挤出最后的效率,还有另一个卡玩:耦合线圈,电感缠绕一个常见的磁芯。两相耦合线圈(图6),弯弯曲曲的取向是磁通抵消,产生理想的变压器零漏电感LK和无限的磁化电感。在实践中,我们最终每绕组电感非常低(路)与非耦合情况。
图6。两相耦合线圈图模型和操作
让我们写西南的网络方程1和西南4上。理想的1:1变压器部队等于绕组电压VW和V等于电压降路在电感。顶端分支有:
V在= VW+ V路+ V出
和底部支行:
VW= V出+ V路
从哪个:
V在v = 2出+ 2 v路
地点:
V出+ V路= VY
因此:
VY= V在/ 2
和:
V路= V在/ 2 - v出
即电压V路在每个电感小于输入电压的一半!这是不到一半的非耦合电感的值。在平等的电感,耦合电感器将开发不到一半的纹波电流和两个非耦合电感,导致较小的BOM和更高的效率。此外,操作较低电感提高BOM和瞬态响应。
巴克电压调节器是低电压电源转换主力,提供应用程序从服务器到智能手机的核心力量。它已经从非同步的同步,从单相和多相,最近,从非耦合到耦合电感器,保持的复杂的负载和速度使其持续的进化。这篇文章最初发表在马克西姆的集成mgineer博客。
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