设计要点 215：能提供 100A 电流的低成本表面安装 DC/DC 电压变换器

前言

由于计算机系统变得越来越大并且越来越复杂，使其对电源输出电流的要求不断提高。现在计算机系统要求3.3V电源电压能输出电流达到100A是很平常的，而下一代计算机电源压仅1V多一点儿，就要求CPU功耗电流达到100A。因为现在几乎还没有能提供这种低电压大电流的标准电源模块产品，所以大多数系统设计工程师只好将几个电源模块并联起来使用，以达到要求的电流。因此这种电源解决方案通常成本高、体积大，而且其性能总是不能令人满意。

最新推出的LTC1629是一种PolyPhase^®多相电流模双控制器，它能为低电压大电流应用提供一种经济有效的解决方案。PolyPhase^®控制器通过采用交错时钟信号控制几个并联的电源输出级，显著地降低了输入电容器的体积和输出开关纹波电压。由于复杂的控制时序和电流分配要求，所以迄今为止多相控制设计一直难以实现。但是，采用LTC1629 可以完全解决这些问题。LTC1629的先进持性包含一个用于真正远程检测的差动放大器、强大的门驱动能力、内部电流分配和可选择的相位控制性能。保护特性包括过压保护、可选择的过流锁定关断和折回限流。本文举例说明使用LTC1629和全部表面安装元器件构成的一个6相电源设计案例，当输入电压为12V，输出电压为3.3V以及输出电流高达100A时，电源效率大约为90%。

设计细节

每片LTC1629都能驱动两个交错同步降压输出级。用锁相环(PLL)构成的内部调相电路，利用一个简单的相位选择信号(高电平、低电平或开路)能提供2、3、4、6或12相工作方式。这种设计方法允许并联几片LTC1629以提供30~ 200A的输出电流(见表1)。

本设计为提供6相工作方式采用三片LTC1629。图1示出了由三个几乎相同的单元电路组成的一个完整的电源方框图：一个主单元电路和两个相同的从单元电路。其中从单元电路除V_OS– 和 V_OS+引脚是开路之外，其余与主单元电路完全相同。仅主单元电路检测输出电压。本设计一共采用30只SO-8封装MOSFET管和6只小外形表面安装电感器(无须散热)，开关频率为200kHz。图3示出了主单元电路(第1部分)的详细原理图。

表2对普通单相和6相两种结构的输入和输出纹波电流以及所需要的输入和输出电容器数量做了比较。6相变换器的输入纹波电流比单相变换器减小83%，因此6相变换器电路仅需3只有机半导体电解电容器OS-CON用作输入电容器(16SV220M)，而单相变换器电路则需要13只。6相变换器的低输出纹波电流就更为明显，比单相变换器甚至低96%。当输出电流为100A时，输出纹波电压只有5mV_P-P，此时仅需9只钽电容器(T5 10X477M006AS)。合成纹波频率为1.2MHz (开关频率的6倍)。如果使用单相变换电路要达到这种相同的输出纹波电压，则需要248只钽电容器。图2示出了在最大负载范围情况下测得总效率接近90% (包括控制电路的功率损耗)。

结语

由于采用LTC1629构成多相变换器，所以用标准的的制造工艺就能实现一-种简单可靠的设计。这种独特的电路结构在>100A条件下可实现高效率、小体积的低成本设计。欲知详细情况请登录凌特公司的网址: http://www.linear-tech.com。

作者

Wei Chen