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本文将帮助您决定何时考虑降压、开关模式电压调节的多相方法。

在前一篇文章中，我介绍了多相DC-DC转换的概念，并解释了多相降压调节器的关键方面。由于单相调节器拓扑结构完全适用于许多低功率应用，我们需要讨论一个重要问题：哪些设计将从多相拓扑结构中受益最大？

我在这篇文章中的目标是提供足够多的关于多阶段降压调节的优点和缺点的信息，以帮助您确定何时向多阶段过渡是有意义的。

经验法则——何时使用多相DC-DC变换

我不想给人留下这样的印象，即我在技术细节中掩盖了简单的指导方针，所以我将从决定哪些设计项目是多阶段降压监管的候选者的经验法则开始。

这里的基本权衡是高功率性能与成本和复杂性。多相调节器需要更多的组件和更多的设计工作，随着输出电流接近20A大关，这种额外的投资变得合理。这个阈值和许多阈值一样，有点武断，但它仍然有用。因此，如果您的调节器需要提供超过20A的电流，请考虑多相解决方案。如果您的应用程序需要例如15A的输出电流和异常良好的性能（例如，低输出纹波、增强的瞬态响应），您也可以考虑多相。如果你需要超过50 A，一定要考虑多相调节器，因为你已经达到了单相的极限。

多相DC-DC转换的缺点

如上所述，多阶段监管遵循的模式似乎是大多数人类努力的特征：更多的钱+更多的时间+更多的努力=更好的结果。选择多相拓扑的主要缺点不是与电气行为有关，而是与更高的组件数量和增加的设计复杂性有关。

单相转换器已经具备了单相所需的部件。无法回避的事实是，如果添加相位，就添加了元件，其中相位可以共享输入和输出电容，但它们需要自己的电感器和场效应晶体管（FET）。因此，多相拓扑导致调节器电路需要更高的BOM成本和潜在的更多的板面积。由于必须选择相的数量，并且不同的设计具有不同的热约束和空间约束，因此优化多相实现可能很棘手，并且可能涉及一些试错。

多相拓扑结构的复杂性增加主要不是由更高的元件数量引起的，而是由管理相位的需要引起的（即，平衡相位电流并响应于负载变化启用或禁用相位）。最优相位管理依赖于复杂的控制方案，而复杂的控制策略依赖于相电流测量反馈回路。您可以在《信号完整性杂志》发表的这篇论文中阅读更多关于相位管理电流测量的内容。

多相控制肯定比单相控制更具挑战性，但老实说，我不认为这是一个主要障碍。我们可以使用IC来处理足够多的细节，使整个设计过程易于管理。例如，看看图1中的这个图表。

LTC3245的示意图。

图1。LTC3245的示意图。图像由Analog Devices提供

我毫不怀疑这个芯片内部正在进行一些非常复杂的控制，但芯片周围的电路看起来并不太糟糕。有趣的旁注：这个IC是一个多相升压转换器。多相调节在降压应用中更为常见，但请记住，它也可以用于升压应用。

多相DC-DC转换的优点

多相方法的基本好处是每个相提供的负载电流减少，但这种修改会产生各种期望的效果。让我们探究一下细节。

较低的电容要求

多相架构中相位定时的交错性质减少了切换器的输入电路所消耗的最大（和RMS）电流。这意味着可以在保持等效纹波性能的同时减少输入电容。

输出端也发生了类似的情况。在上一篇文章中，我们查看了一篇关于电动汽车电池充电的多相降压调节的研究论文中的示意图和时序图。看看同一篇论文中的输出电流图（图2）。

电流输出图示例。

图2:电流输出图示例。图片由Reyes Portillo等人提供

在这种四相拓扑中，每相必须提供所需输出电流的四分之一，并且输出纹波在不同相位之间是一致的。然而，如IO图所示，这些电流的总和具有较低的纹波，因为来自各个相的电流变化不会同时发生，从而导致部分抵消。如果输出电流纹波较低，则可以用较小的输出电容满足相同的输出电压纹波要求。

瞬态响应

如上所述，特别容易受到负载电流瞬变影响的系统可能是多相调节的良好候选者。正如前一篇文章中所讨论的，阶段通常是按顺序激活的，可能有一些重叠。然而，多相控制器可以响应于负载电流的急剧增加或减少而同时激活或去激活相。以这种方式控制的相位的功能就好像它们的电感是并联的，并且由于并联减少了等效电感，所以阻抗减小，并且瞬态响应改善。

添加和删除阶段

多个相位的存在允许开关模式控制器通过增加或减少有效相位的数量来优化效率。“断开”阶段是指在低负载电流条件下停用阶段的做法。让我们检查下图，图3，取自一篇关于先进相位脱落技术的硕士论文（即图3.1，第19页）。

图3。显示效率与负载电流的示例图。图片由Anagha Rayachoti提供

在低负载电流下，单相可实现最大效率，但随着电流的增加，效率最终会降低，直到系统以两相更有效地运行。这种模式一直持续到在所有阶段都处于活动状态的情况下实现最大效率。因此，即使由于高负载电流要求而不严格需要多相，多相方法也带来了提高效率的可能性，特别是在经历电流消耗大变化的系统中。

DC-DC转换目标

多相DC-DC转换的基本目标是通过在多相之间分配提供负载电流的任务来实现更高的输出电流。然而，我们已经看到，多相DC-DC调节器具有各种其他优点，即在宽输出电流范围内降低电容要求、改善瞬态响应和更高的平均效率。如果你在决定某个特定项目的单相和多相解决方案时不得不考虑这些影响，那么在下面的评论部分阅读你的经验将是一件很好的事情。

关键词： 多相DC-DC转换器。降压调节器