小尺寸高效电源器件应用设计
eeskill 2022-11-28

你知道现在的手机处理器已经发展为8核和10核处理器了吗?这些处理器需要多个内核来同时运行很多应用程序,操作游戏和高质量视频流的图形处理器。这些全新的处理器需要很高的电流(有时超过10A),并且需要以尽可能快的速度传送这个电流。

由于不断增长的内核数量,为这些处理器供电的器件的属性也在发生着变化。在满足小外形尺寸需要的同时,需要真正的业内最先进的电源技术。TI有几款为手机处理器供电的降压转换器,诸如TPS62180、LP8758和TPS62184。这些转换器的一个共同点就是它们都执行多相位拓扑,这使你在实现高电源密度的同时,可以将多个输出绑定在一起。TI的全新LP8758是市面上具有最高电流密度的多相位转换器,它可被用来为多核手机处理器供电。

通过将输出电流分流至多个输出,多相位转换器具有几个优于单输出降压转换器的固有优势。更小的外部组件、快速负载瞬态和更低的纹波使得它们成为个人电子设备中为处理器供电的理想选择。对相位的增加或遮蔽能力可在宽范围的负载条件下实现高效率。LP8758 就是业内最先进多相位转换器的最好示例,它是手机处理器电源的理想选择。它具有低IQ,小总体解决方案尺寸,16A峰值电流能力,低纹波和快速瞬态。

在多个电感器,而不是在一个电感器内储存电能,降低了电感器尺寸。这使得设计人员能够使用具有小芯片电感器的LP8758,使得解决方案尺寸减小到60mm2以下。如图1所示,每个输出稍微运行在相位之外。由于红色和蓝色的相位电流在相位之外,它们能够组合在一起,而又不会在输出上导致较大的纹波。

图1:单相位转换器与多相位转换器IOUT纹波比较

每相位受限的输出纹波数量减少了输出上的所需电容,从而实现更小尺寸的电容器,以及更快的瞬态性能。图2显示的是,LP8758 在1µs时间内,电流从1A变为12A时的瞬态性能,可以看出,输出电压上只有大约40mV的纹波。

图2:LP8758 瞬态负载阶跃响应,FPWM模式

正如我之前提到的那样,根据所需的输出电流,LP8758 使用四个输出相位。为了尽可能地提高效率,诸如TPS62180 和TPS62184 等器件也能够在1个或2个相位间进行调节。在图3中,你可以看到,为了调节负载电流和效率,相位是如何被添加或遮蔽的。例如,一个手机处理器也许以最大电流运行,此时所有四个相位或输出都将运行,以保持高效率。如果处理器在全部4个相位都被激活时处于轻负载状态,那么此器件会出现较高的栅极电荷损耗。因此,其中的3个相位被遮蔽,在以单相位运行的同时实现高效率。

图3:多相位降压转换器效率与相位数量之间的关系

通过增加或遮蔽相位,不论处理器运行在重负载,还是轻负载,多相位转换器都能够保持高效率,从而在移动设备中实现较长的电池使用寿命。由于不同负载条件下的高效率,TI生产的多相位转换器能够为手机设计人员提供一款具有良好热性能的小巧、高效电源器件,来为他们的多核处理器供电。

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