多相 DC-DC 轉(zhuǎn)換的缺點(diǎn)

如上所述，多階段監(jiān)管遵循大多數(shù)人類努力的模式：更多的錢+更多的時間+更多的努力=更好的結(jié)果。選擇多相拓?fù)涞闹饕秉c(diǎn)與電氣行為無關(guān)，而是與元件數(shù)量增多和設(shè)計復(fù)雜性增加有關(guān)。

單相轉(zhuǎn)換器已經(jīng)具有單相所需的組件。不可避免的事實(shí)是，如果添加相，就添加了組件，其中相可以共享輸入和輸出電容，但它們需要自己的電感器和場效應(yīng)晶體管 (FET)。因此，多相拓?fù)鋵?dǎo)致調(diào)節(jié)器電路需要更高的 BOM 成本和可能更大的電路板面積。由于您必須選擇相數(shù)，并且不同的設(shè)計具有不同的熱和空間限制，因此優(yōu)化多相實(shí)現(xiàn)可能很棘手，并且可能涉及一些試驗(yàn)和錯誤。

多相拓?fù)鋸?fù)雜性的增加主要不是由元件數(shù)量增加引起的，而是由管理相位的需要（即平衡相位電流以及響應(yīng)負(fù)載變化啟用或禁用相位）引起的。相位管理取決于復(fù)雜的控制方案，而復(fù)雜的控制方案又取決于相位電流測量反饋環(huán)路。您可以在Signal Integrity Journal 發(fā)表的這篇論文中閱讀有關(guān)相位管理電流測量的更多信息。

多相控制肯定比單相控制更具挑戰(zhàn)性，但老實(shí)說，我不認(rèn)為這是一個主要障礙。我們可以使用能夠處理足夠細(xì)節(jié)的 IC，從而使整個設(shè)計流程易于管理。

多相 DC-DC 轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)

多相方法的根本好處是減少了每相提供的負(fù)載電流，但這種修改會產(chǎn)生各種所需的效果。讓我們來探討一下細(xì)節(jié)。

更低的電容要求

多相架構(gòu)中相位定時的交錯性質(zhì)減少了開關(guān)器輸入電路消耗的（和RMS）電流。這意味著可以降低輸入電容，同時保持等效紋波性能。

類似的情況也發(fā)生在輸出端。在上一篇文章中，我們查看了來自一篇有關(guān)電動汽車電池充電多相降壓調(diào)節(jié)的研究論文的原理圖和時序圖。查看同一篇論文中的輸出電流圖（圖 2）。

圖 2. 電流輸出圖示例。圖片由 Reyes-Portillo 等人提供

在這種四相拓?fù)渲校肯啾仨毺峁┧栎敵鲭娏鞯乃姆种?，并且各相的輸出紋波是一致的。然而，如 IO 圖所示，這些電流的總和具有較低的紋波，因?yàn)楦鱾€相的電流變化不會同時發(fā)生，從而導(dǎo)致部分抵消。如果輸出電流紋波較低，則可以用較小的輸出電容來滿足相同的輸出電壓紋波要求。

瞬態(tài)響應(yīng)

如上所述，特別容易受到負(fù)載電流瞬變影響的系統(tǒng)可能是多相調(diào)節(jié)的良好候選者。正如上一篇文章中所討論的，階段通常是按順序激活的，可能有一些重疊。然而，多相控制器可以響應(yīng)負(fù)載電流的急劇增加或減少而同時激活或停用各相。以這種方式控制的相的作用就好像它們的電感是并聯(lián)的一樣，并且由于并聯(lián)連接減少了等效電感，因此阻抗減小，并且瞬態(tài)響應(yīng)得到改善。

添加和減少階段

多相的存在允許開關(guān)模式控制器通過增加或減少活動相的數(shù)量來優(yōu)化效率。“脫落”階段是指響應(yīng)低負(fù)載電流條件而停用階段的做法。讓我們看一下下圖，圖 3，取自一篇關(guān)于脫相技術(shù)的碩士論文（即圖 3.1，第 19 頁） 。

圖 3.顯示效率與負(fù)載電流關(guān)系的示例圖。圖片由Anagha Rayachoti提供

在低負(fù)載電流下，一相可實(shí)現(xiàn)效率，但隨著電流增加，效率終會下降，直到系統(tǒng)以兩相更高效地運(yùn)行。這種模式一直持續(xù)到所有階段都處于活動狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)效率為止。因此，即使由于高負(fù)載電流要求而并非嚴(yán)格需要多相，多相方法也有可能提高效率，特別是在電流消耗變化較大的系統(tǒng)中。