功率多半导体器件使用单一多通道DC/DC转换器

　　为了在单一的电路板上执行多个任务，现代的系统板上充斥着各种半导体器件，包括dsp、微处理器、asic、fpga、内存等。通常，这些半导体材料是用亚微米工艺制造的，因此需要低的电源电压来操作。正因为如此，这些电路板采用了一种中间总线结构，以降下高总线电压，如48vdc到12vdc, 9.6 VDC，或5.0 VDC。这一较低的中间总线电压，然后用来为许多专用的和有效的点负载(POL)调节器或降压DC/DC转换器供电，进一步产生所需的3.3 V(和更低的)电压为这些半导体器件供电。结果，董事会挤满了几个POL调节器和DC/DC buck转换器。

　　然而，使用多重开关POL调节器和buck转换器转化为更高的成本、更低的整体效率和更多的董事会空间。因此，面对空间限制的设计者们正在寻找一个集成的解决方案，从一个单一的同步降压DC/DC转换器包中产生多个调节的低输出电压，这并不令人惊讶。满足这类需求的供应商包括线性技术和德州仪器(TI)，仅举两个例子。

　　为了扩展其新解决方案的可能范围，这些供应商正在拓宽他们的产品组合，为新成员提供更好的性能、新颖的特性和可配置的输出。本文将详细研究这些新的多通道同步buck DC/DC转换器。除了揭示它们的性能和特性之外，我们还将展示一个新的多输出可配置的降压DC/DC转换器，它结合了数字控制(或可编程的引脚)来进一步简化“buck-converter”的配置过程。

　　多通道巴克转换器

　　说到新成员，TI已经推出了一个四通道同步buck转换器与数字PMBus/I2C接口。TPS65400设计用于从一种中等分布的母线电压中运行，提供4个高电流的开关调节器(SW1, SW2, SW3, SW4)和集成的fts。每一个开关转换器都能提供2 a或4的输出，以高效的功率半导体集成电路，如微处理器、FPGA、ASIC、内存和数字输入/输出(图1)。如图1所示，SW1和SW2支持每个，SW3和SW4支持每个。转换器的输入电压范围为4.5 V至18.0 V，支持运行12 V或5v中间总线的应用程序。同时，多通道buck转换器的开关频率可以独立调整到2.2 MHz。

　　德州仪器TPS65400多通道同步buck变换器示意图。

　　图1:TI的TPS65400是一个多通道同步buck转换器，它提供了4个高电流的同步交换器，集成了mosfet。每个开关转换器提供一个2 a或4个输出，以有效地功率无数的数字ICs。

　　根据TI, multichannel buck被设计用于提供四种集成的交换开关调节器的内部和外部排序。根据产品数据表的描述，可以使用单个的激活引脚或通过I2C总线将序列通过I2C总线编程实现序列需求。在TPS65400数据表中给出了详细的描述。输出电压可以通过外部电阻网络设置，VREF可以从0.6到1.87 V在10 mV的步骤中进行编程。所有控件和状态信息都可以通过pmbus兼容的I2C总线访问。

　　该部分的应用包括小型的蜂窝基站、电力/以太网(PoE)电力通信基础设施设备和汽车信息娱乐和远程信息技术。

　　对于需要更小的内存和更高的效率的应用程序，TI已经在QFN包中发布了集成的三输出同步buck转换器，效率高达96%。提供比前一代部件少44%的碳排放量，三输出buck转换器TPS65261(图2)和TPS65262的特点是宽输入电压范围为4.5 V到18 V，具有集成的自动上/下功率控制。TPS65261提供3 A/2 A/2 A的输出电流，TPS65262被额定输出电流3 A/1 A/1 A。

　　德州仪器TPS65261集成三输出同步buck变换器。

　　图2:TPS65261是一个集成的三输出同步buck转换器，其宽输入电压范围为4.5 V到18 V。最大连续输出电流为3 A/2 A/2 A。

　　转换器的开关频率可以从250 kHz调整到2 MHz，外加一个外部电阻器。180°之间的不同相的操作Buck1 Buck2,Buck3(Buck2和Buck3运行阶段)减少了输入滤波器的要求,制造商说。数据表表明，每个buck调节器的反馈电压参考值为0.6 V。此外，TPS65261的功能框图表明，每个buck转换器都是独立的，具有专用的启用、软启动和循环补偿引脚。应用程序包括数字电视、机顶盒、家庭网关和无线路由器。

　　对于低功率的fpga, dsp和微处理器，TI提供了四次输出的降压转换器LP8728-Q1。它将4个高效的降压DC/DC转换器封装到一个WQFN包中，如图3所示。每个转换器具有高电流能力和单独的控制，允许灵活地在多个应用程序中使用该设备。另外，每个转换器的输出电压都是固定的。LP8728-Q1的数据表显示，Buck1 (VOUT1)的输出电压为3.3 V，而Buck2 (VOUT2)为1.25 V。同样，Buck3 (VOUT3)的输出电压为1.8 V或2.65 (pin可选)，而Buck4 (VOUT4)提供1.8 V。四输出buck转换器的最大输出电流为1 A。

　　在一个WQFN包中，德州仪器LP8728-Q1四个DC/DC转换器。

　　图3:TI的LP8728-Q1将四个高效的降压DC/DC转换器封装到一个WQFN包中。

　　所有的转换器操作固定3.2 MHz开关频率和利用1.5μH电感,推荐的制造商。由于电感器的直流电阻直接影响到buck变换器的效率，所以使用具有最低直流电阻的电感器达到最高效率是很重要的。此外，该产品的数据表建议使用饱和电流额定值等于或高于高侧开关电流限制(1500 mA)的电感器。在四输出降压DC/DC变换器的数据表中也讨论了其他外部元件的选择，如输入/输出电容。

　　可配置的监管机构

　　线性技术的LTM4644 quad-output降压μModule调节器,可配置为单,双,三,或者quad-output调节器。这种灵活性使得系统设计者可以用单一的多输出device1替换多个POL调节器和DC/DC转换器。今年，该公司扩大了与新成员的联系。LTC3371最新的可配置之外,四通道可配置为每个巴克巴克与独立输入DC / DC转换器(图4)。包裹在一个热增强38-lead QFN包,它可以配置为共享1 8个阶段,每一个都是独立2.25到5.5 V的输入。应用包括通用多通道电源、汽车、工业和分布式电源系统。

　　线性技术:LTC3371四通道可配置buck DC/DC转换器。

　　图4:线性的LTC3371是一个四通道可配置的buck DC/DC转换器，可以配置为共享8个1个电源阶段，每个阶段由独立的2.25到5.5 V的输入驱动。

　　使用可编程的引脚C1 - C3, Buck1, Buck2, Buck3，和Buck4 DC/DC转换器可配置从1 A到4 A的输出，最大输出8 A，如表1所示。此外，它还可以配置为提供双、三或四输出。常见的开关频率可以用外部电阻器编程，与外部振荡器同步，或设置为默认的内部2兆赫时钟。

　　可以配置线性技术LTC3371的表，提供8种独特的输出。

　　表1:LTC3371的每个buck转换器可以配置为使用pin C1 - C3提供8个惟一输出。

　　综上所述，供应商不断增加新的成员到他们的单一的多通道降压DC/DC转换器家庭，给设计师更多的选择他们的最终应用。随着更广泛的规格和更多的特性，包括可配置的输出，这些集成的多通道buck转换器正在处理广泛的应用程序。