同步降压转换器的多输出解决方案

许多系统板需要多个电压轨来驱动各种各样的半导体IC。例如，考虑一个现代机顶盒（STB）。它包括从片上系统（SoC）到逻辑，Wi-Fi，HDMI，以太网PHY等芯片以及USB和SDIF等接口的器件。此外，它还集成了RF/IF功能和时钟，并且由于所有这些设备都消耗大量功率，因此需要风扇进行冷却。为了最大限度地降低噪声，良好的设计还将模拟和数字电源轨分开。因此，SoC需要1.8 V或更低的内核电压，而其I/O需要3.3 V电源。同样，USB端口使用5 V电源，风扇也是如此。简而言之，单系统板需要多个电源轨来运行。传统上，为了产生这些多个电压，设计人员一直使用多个开关转换器或低压差稳压器（LDO）来降低最近电压的电压总线。除了增加系统板的成本和空间外，使用多个开关稳压器或LDO还意味着更高的功耗和更低的整体效率。另一种更简单的方法是从单个同步降压稳压器产生多个电压。¹

多输出同步转换器

尽管可以使用产生多输出电压的单同步降压稳压器，例如作为凌力尔特公司的LM5006，他们使用耦合电感和相关的多个外部MOSFET，以及二极管整流来产生两个或更多电压输出。使用耦合电感的典型基于LM5006的降压转换器如图1所示。产生两个或更多输出所需的额外组件使用更多空间并增加成本，同时降低效率，从而使其无法使用。因此，为了最大限度地减少外部元件，同时克服设计变压器或耦合电感的繁琐工作，德州仪器和凌力尔特等供应商推出了下一代集成多输出同步降压开关稳压器，可在不影响效率的情况下从更小的占位面积中简化此类任务。

图1：使用耦合电感的双输出同步降压转换器

采用TI新推出的多通道同步降压转换器系列，如TPS65261（图2）。这款单芯片，多通道同步降压转换器在片上集成了三个降压转换器，可通过单个输入电源实现三种不同的电压输出，输出电流额定值为3 A/2 A/2 A.正如TI所描述的那样。产品数据表中，每个降压转换器都是独立的，具有专用的软启动和环路补偿引脚。每个片内降压的反馈电压基准为0.6 V.其宽输入电源电压范围为4.5 VDC至18 VDC，涵盖大多数中间总线电压，工作在5 V，9 V，12 V或15 VDC电源总线上。通过外部电阻可以将转换器的开关频率从250 kHz调节到2 MHz。电流额定值稍高的类似部件是TPS65250。降压1的额定最大电流为3.5 A，而降压2和3的额定最大电流为2.5 A.与TPS65261采用32引脚VQFN封装不同，TPS65250采用40引脚QFN封装。

图2：TI三重同步降压转换器TPS65261的功能框图。为了最大限度地降低输入滤波器要求，片内降压1的开关时钟相对于降压时钟为180度异相。 2和降压3，而降压2和降压3的时钟同相运行。此外，为了实现输出电压的正确排序，多输出同步转换器为每个降压引入了专用的使能和软启动引脚。此外，它还具有电源良好（PGOOD）引脚，用于监控降压转换器的每个输出电压。实际上，当任何输出电压不工作时，电源就绪引脚会置位。因此，可以保护转换器免受过载和过热故障的影响。实际上，根据TI的说法，如果结温超过160°C，内部热关断电路会强制器件停止开关。当结温降至140°C以下时，器件会重新启动上电序列。此外，为了在轻负载时实现更高的效率，TPS65261在轻负载电流下进入高效脉冲跳跃模式（PSM）工作。使用TPS65261的三输出同步降压转换器如图3所示。在表1中描述了用于此三输出转换器的设计参数。选择输出电感的值以及输入和输出电容在产品的数据表中进行了描述。基于转换器的电流模式控制方案，数据表向您展示如何为环路补偿电路选择频率和元件。

图3：三输出同步步骤 - 基于TPS65261的下变频器。

设计参数示例值VOUT1 1.2 V IOUT1 3 A VOUT2 3.3 V IOUT2 2 A VOUT3 1.8 V IOUT3 2 A瞬态响应1 A负载阶跃±5％输入电压12 V正常，4.5 V至18 V输出电压纹波±1％开关频率600 kHz

表1：基于TPS65261的三输出同步降压转换器的设计参数

多输出μModule稳压器

同样，凌力尔特公司推出一个四输出降压μModule稳压器，命名为LTM4644，可配置为单输出，双输出，三输出或四输出解决方案。凌力尔特公司表示，这种灵活性使系统设计人员能够依赖一个简单而紧凑的μModule稳压器。据该公司称，有四个独立的稳压器，配有相关的DC/DC控制器，电源开关，电感器和补偿元件，采用9.0 x 15.0 x 5.01 mm BGA封装。每个稳压器能够提供高达4 A的连续输出电流。只需要8个外部陶瓷电容和4个反馈电阻来调节0.6 V至5.5 VDC之间的4个独立可调输出，如图4所示。独立的输入引脚使4个通道可以通过不同的或共用的电源轨供电（s ）从4 VDC到14 VDC。 LTM4644非常适合通信应用。

图4：凌力尔特公司的四通道DC/DCμModule稳压器仅需要少量外部陶瓷电容和反馈电阻来调节0.6 V至5.5 VDC之间的四个可独立调节的输出。输出电流，Linear提供LTC3544，这是一款四同步降压稳压器，具有四个独立输出，分别提供高达300 mA，2000 mA，200 mA和100 mA输出电流。但是，输入电压范围限制在2.25 V至5.5 V.建议用于锂离子/聚合物电池供电的应用，并采用薄型16引脚QFN封装。同样，对于汽车应用，凌力尔特提供其LT3504稳压器。

对于需要三路输出的应用，凌力尔特推出了包含三个降压稳压器的LT3514，分别提供2 A，1 A和1 A输出电流。该器件具有3.2 V至36 V的宽工作输入范围。片上升压调节器允许每个通道的占空比高达100％。总之，目前有许多可用的集成电路提供集成多输出同步降压DC/DC转换器和稳压器，简化了使用单输入电压范围设计具有多个输出电压的降压转换器的任务。由于芯片内部和封装内部的高度集成，只需要少量外部元件即可完成这样的多输出解决方案。