可擴(kuò)展的靈活多相解決方案

可擴(kuò)展的靈活多相解決方案
Scalable Multiphase Solution Offers Unprecedented Flexibility

圖1 Xphase架構(gòu)

圖2 Xphase架構(gòu)負(fù)載線容許量的蒙特卡洛分析

圖3 IR3081框圖

圖4 IR3086框圖

新一代的幾KMHz微處理器、存儲(chǔ)器組件及圖像卡需要新的控制模式來(lái)驅(qū)動(dòng)。這些新的應(yīng)用對(duì)電流的要求大大提高，在低電壓時(shí)需要更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，用傳統(tǒng)的多相解決方案就變得低效和成本昂貴。要在相位、電流、頻率、效率、尺寸和成本之間達(dá)到最佳平衡就成為現(xiàn)今多相解決方案面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。經(jīng)過不斷的努力，IR公司的開發(fā)人員設(shè)計(jì)了一種稱作Xphase技術(shù)的多相解決方案。Xphase架構(gòu)克服了目前固有結(jié)構(gòu)中的缺點(diǎn)，把多相設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性、擴(kuò)展能力及性能提升到更高的水平，并提供了前所未有的靈活性。實(shí)際上，Xphase架構(gòu)可在不同應(yīng)用中隨意增加或減少DC/DC降壓變換器的任何相位，提供高功率密度的同時(shí)也將電源設(shè)計(jì)工作的難度減到了最小，并確保分送到轉(zhuǎn)換器各相的電流精確共享。一種新穎的5線模擬總線通過省卻控制器和相位芯片間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線而縮短了彼此的互連，使寄生參數(shù)最小化，印刷電路板設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。
實(shí)質(zhì)上，Xphase 架構(gòu)是為了在相數(shù)、每相電流、開關(guān)頻率、成本、尺寸和效率之間尋找最佳平衡而設(shè)計(jì)。當(dāng)電壓小于1.35V而電流要求高至100A或以上時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)固定多相結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)難度就更高了。而且多相同步降壓變換器的相數(shù)需從2相增加到8相甚至更多，Xphase架構(gòu)就能夠依照方案的要求，通過簡(jiǎn)單的增減降壓變換器的任何相位，就能輕松的克服這種困難。

可擴(kuò)展的多相解決方案
Xphase 架構(gòu)針對(duì)需要1相到16相或者更多相位的多相交錯(cuò)降壓DC/DC變換器而設(shè)計(jì)，提供高度靈活性以實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。它包含一個(gè)控制芯片和一組可擴(kuò)展的相位轉(zhuǎn)換器陣列，陣列中每個(gè)轉(zhuǎn)換器都使用單相芯片(圖1)。控制芯片經(jīng)由一個(gè)新穎的5線模擬總線與任何相位芯片連接，提供全面的系統(tǒng)控制，此總線由偏置電壓、相位定時(shí)、平均電流、誤差放大器輸出及VID電壓組成。因而控制器件配備所有的單個(gè)轉(zhuǎn)換器電路，包括電壓辨別(VID)、脈寬調(diào)制(PWM)斜坡振蕩器、誤差放大器、偏置電壓、故障檢測(cè)和其它所需的功能，從而滿足負(fù)載線和瞬態(tài)響應(yīng)的要求，并配合現(xiàn)今和未來(lái)微處理器以及非CPU的應(yīng)用需求。而相位芯片配備了所有的單個(gè)相位電路，包括柵極驅(qū)動(dòng)器、PWM比較器和鎖存器、過壓保護(hù)、電流檢測(cè)和共享。
由于精確的電流共享對(duì)多相設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，所以Xphase架構(gòu)引進(jìn)了無(wú)損平均電感電流檢測(cè)技術(shù)，能夠在較低成本下實(shí)現(xiàn)較高的精度。Xphase架構(gòu)有別于其它技術(shù)，它不會(huì)因取樣、紋波和功率周期變異而產(chǎn)生誤差，并支持單周期瞬態(tài)響應(yīng)。
在控制方面，它使用前饋電壓模式控制，并配合經(jīng)改良的第三類補(bǔ)償、后沿調(diào)制功能及自調(diào)電壓定位，因此控制器能夠自動(dòng)調(diào)配每相輸入電壓的變化，同時(shí)減小了負(fù)載瞬態(tài)期間的電壓變化，將重負(fù)載時(shí)的功率損耗降至最低。此外，控制器可以通過先進(jìn)的技術(shù)被加以調(diào)整，獲得200ns甚至更快的環(huán)路響應(yīng)。該器件經(jīng)過最優(yōu)化，可在低比值的VOUT/VIN時(shí)實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)，在最小輸出電容的情況下達(dá)到令人滿意的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，因此設(shè)定了一個(gè)負(fù)載線容許量的新標(biāo)準(zhǔn)。圖2給出了Xphase架構(gòu)負(fù)載線容許量的蒙特卡洛分析(Monte Carlo Analysis)，說(shuō)明了Xphase控制器具有