本文探討了降壓型開關電源，該電源在多個并聯工作的穩壓子電路之間分配輸出電流。

多相DC-DC轉換可以顯著提高降壓型開關穩壓器在大電流應用中的性能。在本文中，我將解釋多相降壓轉換器的結構和功能，在以后的文章中，我將介紹優缺點，以幫助您確定哪些設計項目可能受益于多相而不是單相穩壓方案。

首先，讓我們簡要回顧一下DC-DC轉換基礎知識。

使用降壓轉換器的開關模式電壓調節

以下電路（圖1）表示一個基本的降壓型開關穩壓器（也稱為降壓轉換器）：

***圖1. *該電路為異步降壓轉換器。在同步降壓拓撲中，低側晶體管取代二極管。

與線性穩壓器不同，DC-DC轉換器可以通過利用“開關模式”（即開與關）電流的優勢來實現高效率。DC-DC轉換器的晶體管不是像線性調節那樣在用作可變電阻器的晶體管上耗散功率，而是完全打開或完全關閉，從而避免在低效率中間區域工作。

開關電壓通過晶體管輸出側的電感電容電路濾波成穩定的降低電壓。當晶體管導通時，電流通過電感流向負載。另一方面，當晶體管關閉時，電感器保持電流（回想一下，它的電流不能瞬時改變）。在這種情況下，輸出電容為所需的負載電流提供一個電荷儲存器。調節通過反饋環路完成，反饋環路通過脈沖寬度調制施加到晶體管柵極的控制信號來調節輸出電壓，從而改變導通狀態持續時間與關斷狀態持續時間的比率。

多相轉換架構示例

接下來，讓我們看一下下圖2中的圖表，該圖摘自瑞薩電子DA9213/14/15多相降壓轉換器的數據表。

***圖2. *這是DA9213的系統圖。圖片由瑞薩電子提供 [點擊放大]

這些器件可提供高達 20 A

的電流，適用于低電壓、高電流應用，例如為智能手機和平板電腦中的微處理器生成電源軌。我喜歡這張圖，因為它顯示了多相降壓轉換器的結構，但沒有傳達在實際應用中實現多相轉換所需的簡單概念。

在右邊，您可以看到四對場效應晶體管（FET）和四個電感器。一對FET用作半橋驅動器，控制通過一個電感器的電流，每個半橋驅動器加電感子電路是一個相位（即，單獨降壓轉換器的內核）。相位并聯工作并協同為負載提供電流（圖中的負載電流由輸出電容右側的電流源表示）。

雖然該圖顯示了四個獨立的輸出電容，但所有這些電容都并聯連接;換句話說，輸出電容在物理上是分開的，但在電上是統一的。輸入電容也是如此。因此，這些相位不共享電感，但它們共享輸入和輸出電容。

優化的多相轉換是一個復雜的過程，您可以在圖表中看到DA9213包含相當多的控制電路。串行接口允許微控制器讀取和寫入與以下相關的數據：

溫度故障

電流限制

輸出電壓目標

輸出電壓狀態

電壓斜坡速率

切相和許多其他操作細節

多相轉換—相位時序

多相轉換的一個重要方面是應用于相位的交錯時序，實際上，多相轉換器也稱為交錯轉換器。交錯通過向相位晶體管施加一系列控制脈沖，以循環方式激活相位。

圖3中的以下示意圖來自Reyes-Portillo等人撰寫并發表在《世界電動汽車雜志》上的研究論文，描述了一種專為電動汽車電池充電而設計的異步多相降壓拓撲。

* 圖3. 用于電動汽車充電的同步多相降壓拓撲示例。圖片由Reyes-Portillo等人提供*

此外，作者還提供了以下四個階段的時序圖（圖4）。

***圖4. *時序圖涵蓋了圖3所示同一示例的四個階段。圖片由Reyes-Portillo等人提供

晶體管的控制信號表示為開關Q1到

Q4在原理圖中，金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）創建一個周期，其中各相“輪流”進入導通狀態。這就是交錯的含義。上面顯示的特定方案包括控制信號中的相位間重疊，但重疊不是必需的。

需要注意的一點是，本研究的作者指出，至少在他們的使用場景中，控制信號重疊是有利的，因為它消除了從電源汲取的輸入電流的不連續性。

相電流與輸出電流的關系

在進一步討論之前，重要的是要認識到，盡管相位按順序進入導通狀態，但它們不會“輪流”提供所有負載電流。正如當控制信號關閉晶體管時，獨立降壓穩壓器提供的電流不會降至零一樣，交錯相位在關斷狀態下提供電流，并且這些電流的總和可供負載使用。德州儀器應用說明中的下圖（圖5）將有助于闡明這一概念。

* 圖5. 來自 TI 應用說明的示例框圖。圖片由德州儀器提供*

首先，請注意該方案中的相位控制信號如何不重疊。

一旦控制信號變低并關閉晶體管，相電流就會開始下降，但這只會導致電流紋波，而不是相電流的損失。兩個波紋電流加在一起形成一個（波紋）總和電流，因此，兩相系統中的每個相位僅占最大負載電流的一半。同樣，四相系統中的每一相負責最大負載電流的四分之一。

下圖（如圖6所示）取自TI關于多相轉換優勢的不同應用筆記，更清楚地顯示了相電流的細節及其與輸出電流的關系。

* 圖6. 顯示相電流及其與輸出電流關系的示例。圖片由德州儀器提供*

兩相的電感電流約為5 A，峰峰值紋波約為2 A，輸送到穩壓器輸出電容的總電流是兩個5 A相電流之和。在后續文章中，我們將看到這種使用多個交錯穩壓器子電路提供更大總電源電流的技術是多相DC-DC轉換優勢的關鍵。

總的來說，我希望本文能讓您了解一種電源技術，這種技術在某些應用中非常有利，也許并不像它應該的那樣廣為人知。如果您有機會將多相DC-DC轉換集成到您的任何設計中，請隨時發表評論并分享您的經驗。