雖然單相降壓控制器適用于電流要求高達約25 A的低壓變換器應用，但當負載電壓較低且電流要求較高時，功耗和效率開始成為問題。對于工作電壓低于2 V且需要50 A或更高電流來處理數據的新一代高速處理器尤其如此。多相降壓轉換器有望解決這個問題。

在這些應用中使用多相技術的主要優點是，它們可以通過較低的過渡損耗，較低的輸出紋波電壓，更好的瞬態性能以及較低的輸入電容的紋波電流額定值要求來提供更高的效率。

幾家功率半導體供應商開發了多相降壓控制器，包括集成解決方案，只需外部少量無源元件即可完成解決方案。該領域的一些主要參與者是International Rectifier，Intersil，Linear Technology，Maxim Integrated Products和Texas Instruments等。

詳細信息

德州儀器（TI）已生成應用說明1，詳細介紹了一些優勢，并提供了一個設計示例來演示概述的功能。具有相關多相控制器的典型兩相轉換器如圖1所示。各個節點上兩相的相應波形如圖2所示。如應用筆記所述，兩相是交錯的，這樣可以減小紋波電流。輸入和輸出。此外，交錯還減少了印刷電路板（PCB）或特定組件上的熱點。實際上，兩相降壓轉換器可將MOSFET和相關電感器中的電流（rms）功耗降低一半，從而顯著降低過渡損耗，從而提高轉換效率。

圖1：具有相關多相控制器的典型雙相降壓轉換器。

圖2：各個節點的兩個階段的波形顯示兩個階段是交錯的。

因此，由于每相的電流減小，輸出濾波器的要求也大大簡化了。例如，采用40 A轉換器。與40 A單相設計不同，兩相解決方案在每相的功率級平均僅承載20 A.這種較低的平均電流以及較低的飽和電流會導致輸出電感和電感器尺寸急劇減小。

多相解決方案的另一個好處是輸出電容上的紋波電壓降低，這是輸出濾波器級中紋波電流消除的結果。圖3顯示了占空比為25％的兩相降壓轉換器的仿真結果。如圖所示，電感紋波電流為2.2 A，但由于紋波電流消除，輸出電容僅為1.5 A。當占空比增加到50％時，兩相解決方案在輸出電容中沒有顯示紋波電流。

圖3：模擬結果顯示輸出紋波電流在占空比為25％時要低得多，當占空比增加時，輸出紋波電流會大大降低。

同樣，由于每個輸出電感中存儲的能量減少，負載瞬態特性也會提升性能。由于電流消除，降低的紋波電壓可最大限度地降低輸出電壓過沖和下沖。

為確保輸入電容不會過熱，必須仔細選擇它們以滿足紋波電流（rms）要求。 TI的應用筆記顯示，采用多相方法時，輸入電容的輸入紋波電流（rms）規格顯著降低。事實上，討論表明，它可以減少近一半，以輕松滿足降壓級的紋波電流（rms）要求。

設計實例

TI采用雙相同步降壓控制器LM3754，創建了一款高功率密度評估板，可通過12 V輸入電源在40 A時提供1.2 V電壓。測量2×2英寸，雙相轉換器每相切換300 kHz。用于創建評估板的完整原理圖如圖4所示，而雙相降壓轉換器板的工作規范如表1所示。

圖4：使用LM3754的雙相轉換器的完整原理圖。

輸入電壓

10.8至13.2 V

輸出電壓

1.2 V±1％

輸出電流

40 A（最大）

開關頻率

300 kHz

模塊尺寸

2 x 2英寸

電路區域

1.4 x 1.3英寸

《 p》模塊高度

0.5英寸

氣流

200 LFM

相數

2

表1：基于LM3754的雙相降壓轉換器的工作條件。

為獲得最佳性能，LM3754評估板的布局經過優化，可最大限度地降低噪聲和電壓，如TI/National Application Note 2021.中所述.2結果是高效率，降低均方根紋波電流，低紋波電壓和良好的瞬態性能。測量的效率性能如圖5所示。

圖5：具有1.2 VDC輸出的40 A雙相轉換器的測量效率性能。

結果表明，對于給定的尺寸，雙相轉換器提供的效率高于單相設計。它從低負載到滿負載保持在80％以上，在中負載時峰值性能約為89％。

由于LM3754是一款可擴展的雙相同步降壓控制器，因此可以輕松級聯，以實現更高的相位數，從而處理更高的輸出電流。 TI還使用兩個LM3754開發了一款四相電路板，可通過12 VDC輸入在80 A時提供1.2 VDC電壓。雖然與兩相電路相比峰值效率略有下降，但仍然接近86％。

對于必須在高輸入電壓或廣泛變化的輸入下工作的降壓穩壓器應用，TI提供LM5119。與LM3754不同，LM5119只是一個雙同步降壓控制器，輸入電壓范圍為5.5至65 V.它可以配置為雙輸出或交錯輸出為單輸出。控制方法基于使用仿真電流斜坡的電流模式控制。

其他多相降壓轉換器供應商包括International Rectifier Corp.，Intersil，Linear Technology和Maxim Integrated Products。除了在低負載電壓下為高功率多相降壓轉換器提供控制器芯片和設計支持外，這些制造商還根據各自的多相控制器IC創建了應用筆記。