一款数控多相交错式DC/DC降压系统解决方案
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引言 当前的处理器、图像及存储系统均使用多相电源解决方案。这些多相解决方案可提供一个极高开关频率转换器的响应及调节性能，同时以一个更加适度的频率上单独地进行开关。对单通道降压转换器而言，它们还可以提供比实际更高的输出电流。 多相电源的优势来自于相位交错，0通过以统一的时间间隔进行相位交错(例如：在一款三相交错转换器中以120° 的时间间隔进行交错)，其本身单个相位固有的输出纹波被其他相位降至平均水平，从而总体输出纹波就被降低了。这样使用更低的脉宽调制开关频率，就可以实现给定输出纹波设计的目标，与此同时通过降低开关损耗提高了效率。 管理多相电源系统存在一些其自身特有的问题，包括轻负载效率和系统冗余的切相 (phase shedding)，以及系统寿命的相位电流平衡。在传统模拟电源中实施这些功能会比较困难，然而使用一个数字控制器则可以很轻松地完成这些任务。 解决方案 这种系统由多达6 个交错式同步降压转换器组成，这些转换器均由一个单微处理器控制，如图 1 所示。 图 1 数控多相交错式同步降压 TI 推出的 32 位 TMS320F2806 数字信号控制器 (DSC) 运行在 100 MHz 频率下，并且以电源应用为目标。在本例中，其在软件中实施电压模式控制，该软件使用一个在 PWM 开关频率上进行采样的单通道 2 极点 2 零点数字补偿器。随后产生的占空比值将被传给每一个降压相(所有为实现相位平衡所作的占空比调节除外)。通过使用片上 12 位模数转换器 (ADC) 获得系统输出电压反馈。MOSFET 温度在整个 ADC 中均为可用，以实现监控的目的，并且片上内部集成电路 (I2C) 端口提供了对 PMBus? 通信的支持。针对同步降压应用专门设计了一款 UCD7230 栅极驱动器，从而提供了采用 TI TrueDrive? 输出架构的双通道 4-A MOSFET驱动器、周期性电流限制以及一个内置低失调、高增益、差分电流传感放大器。 切相和增相 切相提供了一种提高电源效率和可靠性的方法。在轻负载条件下，动态地减少运行相位的数量通常会带来效率的提高。当负载需求增加时，一个切相可以被重新激活。类似地，通过重新平衡各剩余相位之间的交错，切除一个失效的相位或者一个运行在边界状态以外的相位，有助于维持系统的性能。在那些需要极高可靠性的应用中，一个备用相位可以被带上线以取代失效的相位，也就是 N 1 冗余设计。不考虑切除一个相位的原因，剩余相位(或者在 N 1 冗余设计中增加相位)的交错角应该重新调整，以维持最佳性能。例如，从一个三相 120°交错式转换器中切除一个相位就应该将两个相位分离隔开 180°。 TMS320F2806 控制器的 PWM 元件均支持软件同步及相位控制。每一个 PWM 输出均具有一个相位同步寄存器，它将其计数值与首个 PWM 输出的计数值发生偏移。这就允许所有交错式降压相位的相位角不仅仅可以在系统初始化期间被静态地配置，而且还可以在系统运行期间被动态地重新调整。 |
