一、參考資料
1.1 TI《多相降壓設(shè)計(jì)大全（第1部分）》
二、多相降壓穩(wěn)壓器概述2.1簡(jiǎn)介
多相降壓穩(wěn)壓器是一組并聯(lián)的降壓功率級(jí)器件，如圖2.1所示，每一路都有自己的電感器和功率器件，這些元件合稱(chēng)為相位。多個(gè)相位并聯(lián)在一起共用輸入和輸出電容。 在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行期間，各個(gè)相位在整個(gè)切換期間以等于 360°/n 的間隔激活，其中 n 是相位總數(shù)。
圖2.1 多相位降壓穩(wěn)壓器示意圖
2.2 多相穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn) 與單相降壓穩(wěn)壓器相比，多相穩(wěn)壓器具有 （1）減小輸出電容； （2）減小出入電容； （3）在高負(fù)載電流下提高熱性能和效率 （4）改善負(fù)載瞬態(tài)期間的過(guò)沖和下沖
2.2.1 減少輸入電容
2.2.1.1多相電源的輸入電容比單相電源小的原因 多相電源共同承擔(dān)起給負(fù)載供電的任務(wù)，如此一來(lái)，多相電源中的每項(xiàng)電源的輸入電容相比于單相電源經(jīng)過(guò)更少的輸入電流，從而降低輸入電壓上的紋波，只需要容值較小的輸入電容即可。由于存在等效串聯(lián)電阻，電容器內(nèi)部的自熱效應(yīng)也減小了。 打個(gè)比方：把DCDC比如成打水。負(fù)載需要在一個(gè)周期內(nèi)獲得五份能量。那么單相電源就需要一個(gè)能裝四份能量的水桶（輸入電容），在一個(gè)周期內(nèi)把該水桶裝滿(mǎn)送給負(fù)載。而多相電源（以四相電源為例），僅僅需要一個(gè)能裝一份能量的水桶（更小的輸入電容）即可，因?yàn)槎嘞嗟拇嬖?，在一個(gè)周期內(nèi)完成四次裝水的任務(wù)即可。
圖2.2 輸入電流波形
（total Iin坐標(biāo)中的虛線(xiàn)部分可以理解為單相電源在一個(gè)周期內(nèi)需要的電流的幅值，比多相電源中的某一相的電流較高，也就意味著需要更大的輸入電容） 2.2.1.2輸入電容的電流有效值 流經(jīng)輸入電容的電流有效值為：（floor是向下取整函數(shù)）
相位和輸入電容的電流有效值的關(guān)系圖
圖2.3 相位、占空比和輸入電容電流有效值的關(guān)系圖
在圖2.3中圈圈的地方可以看到：當(dāng)占空比是某些值的時(shí)候輸入 RMS 電流降至零，因?yàn)槊總€(gè)相位的單個(gè)紋波電流彼此抵消。雖然在數(shù)學(xué)上可以將設(shè)計(jì)的相數(shù)和占空比設(shè)置為在零電流點(diǎn)運(yùn)行，并完全避開(kāi)輸入電容器，但實(shí)際上這是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。噪聲、線(xiàn)路瞬變、負(fù)載瞬變和占空比的自然變化使得現(xiàn)實(shí)條件下不存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)的輸入電流紋波。 一點(diǎn)小啟發(fā)：從圖2.3中可以判斷，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓固定，即占空比一定的時(shí)候，選擇多少相的電源可以使最大程度減小輸入電容的容值。
2.2.2 減少輸出電容
2.2.3.1多相電源的輸出電容比單相電源小的原因
所有相位都連接在輸出節(jié)點(diǎn)上，因此每個(gè)相位的電感電流同時(shí)對(duì)輸出電容器進(jìn)行充電和放電。這種充放電產(chǎn)生一個(gè)總電流 ISUM，其交流部分被輸出電容 COUT 吸收。與單個(gè)相位的紋波電流相比，ISUM 在穩(wěn)態(tài)下具有較低的峰峰值。輸出電容器中較小的紋波電流會(huì)降低總輸出電壓紋波，從而減少將 VOUT 保持在公差范圍內(nèi)所需的電容量。
打個(gè)比方：（和上面減少輸入電容的比方類(lèi)似，假設(shè)負(fù)載需要四份能量。輸出端僅僅需要一份能量的水池（類(lèi)比多相電源中的輸出電容）在一個(gè)周期內(nèi)完成四次蓄能工作給負(fù)載即可）
圖2.4 多相電源電流波形示意圖
2.2.1.2輸出電容的電流有效值
2.2.3 熱性能和效率改進(jìn)
單相轉(zhuǎn)換器的所有輸出功率都流經(jīng)一個(gè)電感器和一對(duì) FET。任何功率損失僅涉及這些組件。在大電流的單相電源中，尋找額定電流如此大的 FET 和電感器變得十分困難且成本高昂。將設(shè)計(jì)的全部損失集中到 PCB 的一小部分區(qū)域和一組元件上會(huì)導(dǎo)致不必要的效率的降低。 多相調(diào)節(jié)器會(huì)將功率損耗均勻地分布在所有相位上。每個(gè)相位只處理總輸出電流的一部分，因此選擇 FET 和電感器變得更容易，因?yàn)樵谶@些元件上施加的熱應(yīng)力更小。
2.2.4 效率和相位的關(guān)系
效率和相位的關(guān)系圖 從圖中可以看中：在不同的負(fù)載情況下，不同模式的電源效率存在差別。
TPS53661 芯片可以在不同負(fù)載下提供不同的電源模式。TPS53661 的效率曲線(xiàn)如下。
2.2.5 瞬態(tài)響應(yīng)改善
在瞬態(tài)過(guò)程中，多相控制器在負(fù)載階躍期間重疊相位，或在負(fù)載釋放期間關(guān)閉所有相位，從而有效地將電感器彼此并聯(lián)。這將輸出節(jié)點(diǎn)處的等效電感 (LEQ) 減少 n 分之一，其中 n 是相位總數(shù)。使用較小的 LEQ，電荷可以從電源快速供應(yīng)到輸出電容，從而減少下沖。類(lèi)似地，當(dāng)相位全部關(guān)斷時(shí)，電感器中存儲(chǔ)的較少的多余電荷被轉(zhuǎn)移到輸出電容器，因此過(guò)沖會(huì)減小。
