導言：同步板載降壓轉換器的開關頻率是方便控製 EMI 和阻止多餘拍頻的必需操作。但是，同步板上的每個降壓轉換器會產生不良後果。這會在輸入電容器上施加相當大的壓力。在本文中，我們將探討如何利用可編程電源和相移減少輸入電容器上的壓力，同時保留同步的益處。

探討解決方案之前

，讓我們先詳細地分析問題。係統的輸入電源主要傳送 DC 電流時，降壓轉換器的各種輸入電容器將傳送不連續脈衝電流。此脈衝電流的設計基本上考慮每個轉換器的所需紋波和 RMS 電(dian)流(liu)。這(zhe)很(hen)簡(jian)單(dan)。意(yi)外(wai)發(fa)生(sheng)在(zai)板(ban)上(shang)有(you)多(duo)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)時(shi)候(hou)。任(ren)何(he)轉(zhuan)換(huan)器(qi)不(bu)會(hui)正(zheng)好(hao)從(cong)設(she)計(ji)為(wei)其(qi)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)進(jin)行(xing)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)。毋(wu)容(rong)置(zhi)疑(yi)，大(da)部(bu)分(fen)來(lai)自(zi)最(zui)近(jin)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)源(yuan)，但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)，開(kai)關(guan)階(jie)段(duan)也(ye)將(jiang)從(cong)板(ban)上(shang)的(de)整(zheng)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)網(wang)絡(luo)吸(xi)取(qu)必(bi)需(xu)電(dian)流(liu)。

在完全同步的係統中
，所有轉換器脈衝電流的總和將被同時獲取。 因此
，將形成單個電容器獲得的 RMS 電流。這很有意義，因為 ESR 中的電容器功耗與 RMS 電流的平方成比例。 這將產生向所有電容器成倍施壓的意外影響
，繼而降低可靠性。 此外，這還將增加傳導發射麵的峰值。

相(xiang)移(yi)是(shi)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)。此(ci)方(fang)法(fa)是(shi)延(yan)遲(chi)每(mei)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)時(shi)鍾(zhong)脈(mai)衝(chong)邊(bian)緣(yuan)，以(yi)便(bian)其(qi)在(zai)原(yuan)始(shi)時(shi)鍾(zhong)期(qi)內(nei)的(de)適(shi)當(dang)時(shi)間(jian)到(dao)達(da)。如(ru)果(guo)正(zheng)確(que)完(wan)成(cheng)
，這(zhe)將(jiang)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)減(jian)少(shao)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)內(nei)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)重(zhong)疊(die)量(liang)。因(yin)此(ci)
，每(mei)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)的(de) RMS 電流將適當減少，且傳導發射麵的峰值也會降低。

過去可以使用模擬電路或 FPGA 完成相移同步時鍾。 很遺憾，這會增加額外的組件、成本和開發工作。令人欣慰的是，當今市場上有多個數字 PWM 控製器集成了同步和相移。在本文中，Exar 的 PowerXR 技術展現了相移的優點，如圖 1 所示。

圖 2 展示了輸入脈衝電流的分布式獲取。在本示例中
，隻有一個通道在 PowerXR 評估板上運行。此通道以 11A 的負載執行從 12V 到 1V 的轉換。波形顯示了通過電感器的電流以及所有四個輸入電容器組中的電流。此範圍捕獲顯示電源級如何在開關“打開”時間從整個電容器網絡集成脈衝電流以獲取電感器。藍色的通道 2 在 PowerXR 控製器的 GPIO 引腳上切換時鍾輸出。在此案例中
，它用於方便觸發

，但是可用於進一步同步 PWM 控製器。
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現在，我們將在一個單個降壓轉換器的輸入電容器上展示滿載電源係統的作用。 對於此展示，PowerXR 控製器被重新配置以通過從 12V 輸入提供以下輸出代表典型的大功率嵌入式設計：

▪ 通道 1 - 1.8V（3.5A 時）
▪ 通道 2 - 1.2V（9.4A 時）
▪ 通道 3 - 2.5V（4.9A 時）
▪ 通道 4 - 1.0V（11.4A 時）

圖 3 顯示的範圍圖片涵蓋所有四個開關階段中的電感器電流與去耦合通道 1 的輸入電容器的脈衝電流。

請特別注意
，峰值接近 5A，通過電容器的 RMS 電流測量值為 1.26A。如果通過電容器的電流隻為滿足通道 1 的需求
，那麼按照以下公式
，它將僅達到約 1.6A 的峰值，且RMS 電流也會低很多（假定效率約為 90%）。 這顯然不是事實

，值得係統設計人員引起注意。

圖 4 顯示了具有一個更改的相同測試情況。PowerXR控製器被指示將開關階段放到階段外互為 90 度的位置。這在電感器電流波形中最清晰地顯示。
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請注意通道 1 通過輸入電容器的電流脈衝目前如何以更高的頻率發生以及如何在幅度上顯著減少。此事件積極更改的結果是，通過電容器的 RMS 電流減至 885mA。與非相移方法中的 1.26A 相比，這降低了 50% 的 ESR 功耗。

這zhe些xie結jie果guo證zheng明ming，相xiang移yi對dui於yu單dan個ge板ban上shang的de多duo個ge開kai關guan式shi調tiao節jie器qi無wu疑yi是shi時shi鍾zhong同tong步bu的de有you利li途tu徑jing。實shi施shi此ci技ji術shu為wei電dian源yuan設she計ji人ren員yuan提ti供gong了le多duo個ge新xin選xuan項xiang。通tong過guo最zui大da程cheng度du地di提ti高gao每mei個ge電dian容rong器qi執zhi行xing的de工gong作zuo並bing最zui小xiao化hua其qi承cheng受shou的de壓ya力li，組zu件jian數shu量liang得de以yi減jian少shao。得de益yi於yu輸shu入ru電dian容rong器qi上shang的de減jian少shao壓ya力li，特te定ding設she計ji的de可ke靠kao性xing得de到dao提ti高gao。每mei個ge階jie段duan減jian少shao的de脈mai衝chong電dian流liu幅fu度du以yi及ji增zeng加jia的de有you效xiao脈mai衝chong頻pin率lv帶dai來lai了le簡jian化hua的de EMI 設計。