单通道降压DC/DC转换器的多输出电压解决方案

为了从单个电路板执行多项任务，现代系统板上装有各种半导体器件，包括DSP，微处理器，ASIC，FPGA，存储器等。通常，这些半导体IC使用亚微米工艺制造，因此需要低电源电压来操作。因此，这些电路板采用中间总线架构来降低高压总线电压，如48 VDC至12 VDC，9.6 VDC或5.0 VDC。然后，该较低的中间总线电压用于为多个专用且高效的负载点(POL)调节器或降压DC/DC转换器供电，这些转换器进一步产生所需的3.3V(和更低)电压，用于为这些半导体器件供电。 。因此，这些电路板配有多个POL稳压器和DC/DC降压转换器。

然而，使用多个开关POL稳压器和降压转换器可转换为更高的成本，更低的整体效率和更多的电路板空间。因此，面临空间限制的设计人员正在寻找一种集成解决方案，从单个同步降压DC/DC转换器封装中产生多个稳压低输出电压，这一点不足为奇。满足这些需求的供应商包括凌力尔特公司和德州仪器公司(TI)，仅举两例。

为了扩展新解决方案的可能应用范围，这些供应商正在扩大其产品组合，为新成员提供更好的性能，新颖的功能和可配置的输出。本文将详细介绍这些新型多通道同步降压DC/DC转换器。除了揭示其性能和特性外，我们还将展示一种新的多输出可配置降压DC/DC转换器，它包含数字控制(或可编程引脚)，以进一步简化降压转换器配置过程。

多通道降压转换器

谈到新成员，TI推出了一款带有数字PMBus/I 2 C接口的四通道同步降压转换器。 TPS65400设计用于中间配电母线电压，提供四个带集成FET的高电流降压开关稳压器(SW1，SW2，SW3和SW4)。每个开关转换器都能够提供2 A或4 A输出，以高效地为半导体IC供电，如微处理器，FPGA，ASIC，存储器和数字输入/输出(图1)。如图1所示，SW1和SW2各支持4A，SW3和SW4各支持2A。转换器的输入电压范围为4.5 V至18.0 V，支持在12 V或5 V中间总线上运行的应用。此外，多通道降压转换器的开关频率可以独立调节至2.2 MHz。

 

 

图1：TI的TPS65400是一款多通道同步降压转换器，提供四个高电流同步降压开关稳压器集成MOSFET。每个开关转换器都提供2 A或4 A输出，以有效地为无数数字IC供电。

根据TI的说法，多通道降压器旨在为四个集成降压开关稳压器提供内部和外部排序。根据产品数据手册中的描述，可以使用单独的使能引脚或通过I 2 C总线将序列编程到板载EEPROM中来满足排序要求。 TPS65400数据手册中给出了详细说明。输出电压可通过外部电阻网络设置，VREF可在0.6至1.87 V范围内以10 mV步进编程。所有控制和状态信息都可以通过兼容PMBus的I 2 C总线访问。

该部件的应用包括小型蜂窝基站，以太网供电(PoE)供电通信基础设施设备以及汽车信息娱乐和远程信息处理。

对于需要更小占地面积和更高效率的应用， TI推出采用QFN封装的集成三输出同步降压转换器，效率高达96%。三输出降压转换器TPS65261(图2)和TPS65262具有比上一代器件小44%的占位面积，具有4.5 V至18 V的宽输入电压范围，集成自动上电/掉电功能，可轻松实现功率控制。虽然TPS65261的输出电流为3 A/2 A/2 A，但TPS65262的额定输出电流为3 A/1 A/1 A.

 

 

图2：TPS65261是一款集成三输出同步降压转换器，具有4.5 V至18 V的宽输入电压范围。最大连续输出电流额定值在3 A/2 A/2 A时。

使用外部电阻可以将转换器的开关频率从250 kHz调节到2 MHz。该制造商表示，Buck1和Buck2之间的180°异相操作，Buck3(Buck2和Buck3同相)最小化了输入滤波器的要求。数据手册显示每个降压调节器的反馈电压基准为0.6 V.此外，TPS65261的功能框图表明每个降压转换器独立于专用使能，软启动和环路补偿引脚。应用包括数字电视，机顶盒，家庭网关和无线路由器。

对于低功耗FPGA，DSP和微处理器，TI提供四输出降压转换器LP8728-Q1。它将四个高效降压DC/DC转换器集成到一个WQFN封装中，如图3所示。每个转换器都具有高电流能力和独立控制，可灵活地在多种应用中使用该器件。此外，每个转换器的输出电压是固定的。 LP8728-Q1的数据手册显示Buck1(VOUT1)的输出电压为3.3 V，Buck2(VOUT2)的输出电压为1.25 V.同样，Buck3(VOUT3)的输出电压为1.8 V或2.65(引脚可选)，而Buck4(VOUT4)提供1.8 V.四输出降压转换器的最大输出电流为1A。

 

 

图3：TI的LP8728-Q1包含四个高效步骤 - 将DC/DC转换器集成到一个WQFN封装中。

所有转换器均采用固定的3.2 MHz开关频率工作，并采用制造商推荐的1.5μH电感器。由于电感器的直流电阻直接影响降压转换器的效率，因此使用具有最低可能直流电阻的电感器以实现最高效率非常重要。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。四输出降压DC/DC转换器的数据手册中还讨论了输入/输出电容等其他外部元件的选择。

可配置稳压器

凌力尔特公司的LTM4644是一款四输出降压型μModule稳压器，可配置为单输出，双输出，三输出或四输出稳压器。这种灵活性使系统设计人员能够用一个多输出设备 1 取代多个POL稳压器和DC/DC转换器。今年，该公司扩大了新成员的业务范围。最新的可配置产品是LTC3371，这是一款四通道可配置降压DC/DC，每个降压转换器都有独立输入(图4)。它采用耐热增强型38引脚QFN封装，可配置为共享8个1 A功率级，每个功率级均由独立的2.25至5.5 V输入供电。应用包括通用多通道电源，汽车，工业和分布式电源系统。

 

 

图4：Linear的LTC3371是一款四通道可配置降压DC/DC转换器，可配置为共享8个1A功率级，每个功率级均由独立的2.25至5.5 V输入供电。

使用可编程引脚C1 - C3，可将Buck1，Buck2，Buck3和Buck4 DC/DC转换器配置为1 A至4 A的输出，最大输出为8 A，如表1所示。此外，它还可以配置为提供双输出，三输出或四输出。公共降压开关频率可以使用外部电阻编程，与外部振荡器同步，或设置为默认的内部2 MHz时钟。

 

 

表1：LTC3371的每个降压转换器可配置为使用引脚C1-C3提供8个独特输出。

总之，供应商不断在其单通道降压DC/DC转换器系列中增加新成员，为设计人员提供了更多选择。这些集成的多通道降压转换器具有更广泛的规格和更多功能，包括可配置输出，可满足各种应用的需求。