【導讀】本文提供一種多相單片式降壓解決方案，旨在應對構建處理單元的電源時需滿足的大電流、快速瞬態響應要求。我們采用稱之為Silent Switcher® 3架(jia)構(gou)的(de)新(xin)型(xing)低(di)輸(shu)出(chu)噪(zao)聲(sheng)技(ji)術(shu)

，其(qi)快(kuai)速(su)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)支(zhi)持(chi)多(duo)相(xiang)操(cao)作(zuo)。該(gai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)具(ju)有(you)出(chu)色(se)的(de)高(gao)控(kong)製(zhi)帶(dai)寬(kuan)，使(shi)用(yong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)比(bi)其(qi)他(ta)方(fang)案(an)更(geng)少(shao)，有(you)助(zhu)於(yu)電(dian)源(yuan)在(zai)瞬(shun)態(tai)期(qi)間(jian)更(geng)快(kuai)速(su)地(di)恢(hui)複(fu)。本(ben)文(wen)詳(xiang)細(xi)介(jie)紹(shao)設(she)計(ji)技(ji)巧(qiao)和(he)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)
，以(yi)幫(bang)助(zhu)工(gong)程(cheng)師(shi)優(you)化(hua)未(wei)來(lai)的(de)設(she)計(ji)。

在當今的計算環境中
，CPU、FPGA和ASIC的功耗日益增加。對於 5G收發器、波束成形器和其他高速RF等一些更具體的應用

，考慮帶寬和RF噪聲水平時
，功率要求甚至更加嚴格。傳統的雙極（降壓 + LDO）解決方案廣泛用於RF應用中
，由於輸出電流高，不僅體積大
、xiaolvdi
，haixuyaogenggaoshuipingdesanre。suizheduishuchudianliunenglideyaoqiubuduantigao，shiyongdangejiangyawenyaqiweigaoxuqiufuzaigongdianbiandebuhuasuan。erduoxiangjiangyawenyaqiyinkekuozhanxinghewenbojiaocuoyoushi，dianliuchuanshuxingnengchuse，yincibeiguangfanyongyugailingyu。danshi，yaodadaokuaisushuntaixiangyinghechaodiRF噪聲要求
，多相降壓穩壓器需要采用多個輸出電容和多級LC濾波器來為高速RF ASIC供電。這些額外的組件通常會占用很大一部分板空間
，並且還可能增加解決方案的成本。本文展示使用高性能Silent Switcher 3架構所具有的優勢，在多相降壓應用中，該架構可提供超低噪聲和快速瞬態響應。本文還介紹針對不同的ASIC負載要求，如何通過不同的設計考慮因素來解決。

Silent Switcher 3架構采用超低噪聲設計（在10 Hz至100 kHz範圍內一般為4 μV rms）
，包含高增益誤差放大器
，提供超低EMI輻射和快速瞬態響應。在該新產品係列中，LT8627SP具有最高16A額定電流，因此非常適合用於大電流、噪聲敏感型應用中的多相降壓配置。由於所有ASIC負載具有低電源電壓特性(<1V)並且廣泛使用12V配電係統
，因此多相降壓穩壓器對最短導通時間非常敏感。Silent Switcher 3技術采用創新架構，提供非常短的導通時間(15 ns)，使LT8627SP在1 MHz以上的開關頻率下也能輕鬆運行，有助於改善紋波、尺寸
、噪聲和帶寬。

針對50A電流RF數字負載，盡可能縮短瞬態恢複時間

決jue定ding電dian源yuan性xing能neng的de一yi個ge重zhong要yao特te性xing是shi其qi恢hui複fu時shi間jian。這zhe是shi在zai發fa生sheng負fu載zai瞬shun態tai時shi，輸shu出chu電dian壓ya恢hui複fu到dao穩wen壓ya值zhi所suo需xu的de時shi間jian。每mei個ge電dian源yuan的de恢hui複fu速su度du都dou有you限xian製zhi，與yu控kong製zhi環huan路lu帶dai寬kuan相xiang關guan。控kong製zhi環huan路lu帶dai寬kuan更geng高gao
，意yi味wei著zhe電dian感gan電dian流liu在zai瞬shun態tai期qi間jian能neng夠gou更geng快kuai地di爬pa升sheng/回落，以補償輸出電容的電荷變化
，在更快時間內完成恢複過程。圖1展示了一個使用四相LT8627SP的示例：為1.8 VOUT RF數字負載供電，最大負載電流為50A。該電源設計為在2 MHz開關頻率下輸出1.8 V電壓。為了縮短瞬態期間的電荷補償時間，該設計中使用低ESR陶瓷電容，並且避免使用高ESR聚合物電容和電解電容。采用交錯PWM技術（每相90°）來增加等效紋波頻率，從而增大控製帶寬。

圖1. 為1.8 VOUT、50 A RF數字負載供電的四相交錯LT8627SP解決方案。

對補償網絡進行調節，以實現至少45°相位裕量和大於8 dB的增益裕量，同時盡可能增大帶寬。因此，在45°相位裕量和9 dB增益裕量下

，其控製環路調諧到最大280 kHz的帶寬，如圖2中的波特圖所示。為了進行比較，我們在1.8 V
、12 A輸出下，對具有等效單相輸出電容(2 × 100 µF + 1 × 1 µF + 1 × 0.1 µF)的單相LT8627SP進行了測試。采用相同穩定性標準的伯德圖如圖2所示。

圖2. 50A/四相LT8627SP和12A/單相LT8627SP的伯德圖比較。

為了通過測試比較恢複時間，四相和單相LT8627SP均采用50%負載瞬態，采用每相6A/µs擺率。測試結果如圖3所示，瞬態上升沿的恢複時間約為2.5 μs。與圖4中的單相LT8627SP相比，恢複時間將近縮短10倍。

圖3. 四相LT8627SP 25 A至50 A負載瞬態優化，以實現最短恢複時間。

圖4. 單相LT8627SP 6 A至12 A負載瞬態優化，以實現最短恢複時間。

針對大電流無線應用，盡可能減少瞬態VPP

Silent Switcher 3架構的多相操作已用於許多客戶的電源設計。圖5 展示了另一個示例：LT8627SP如何幫助無線客戶在0.8 VOUT和22 A至 60 A 1 µs負載瞬態下，為快速、大電流瞬態SoC供電。為防SoC性能因瞬態降低
，需要VPP小於5% (40 mV)。

圖5. 四相交錯LT8627SP解決方案
，在0.8 V
、22 A至50 A 1 µs瞬態下實現<5% VPP。

如前文所述

，我們已知四相交錯LT8627SP可以提供很高的控製帶寬，約在300 kHz左右。而在時域內，我們可以大致模擬負載瞬態期間的電壓變化與控製帶寬之間的關係，如下所示：

由此可以得出
，在紋波電壓為10 mV時

，最小輸出電容為1583 µF。zaishejizhong
，suoxuandedianrongyingdayugaizhi

，butongyuzhiqiansuoshu
，xushiyonggengduojuhewudianrong，yizaishuntaiqijiantigongzugoudezuni。womenxutongguobuduanshiyanheshicuolaiquedingzuizhongdeshuchudianrong，yinweitayehuiyingxianghuanludaikuanhewendingxing。

四相LT8627SP在1 MHz開關頻率下交錯，彙聚合成為4 MHz紋波頻率。在確定最小輸出電容之後

，在22 A至50 A瞬態負載、28 A/µs 擺率下，實現35 mV (4.4%) VPP。瞬態波形如圖6所示。為了驗證控製環路的穩定性，使用50 A負載，進行波特圖測量。結果如圖7 所示。在50 A時
，控製環路的帶寬為322 kHz，具有50°相位裕量。

圖6. 在28 A/µs擺率下
，22 A至50 A負載階躍的瞬態波形。

圖7. 四相最小VPP值解決方案的伯德圖。

為了進行更多性能測試
，我們測量了效率和滿負載熱性能。測試了12 VIN、0.8 VOUT
、最高60 A負載下的效率，如圖8所示。包含輔助損耗在內，轉換器在25 A負載下的峰值效率為89%，在60 A負載下的效率為84%。

圖8. 四相交錯LT8627SP在1 MHz FSW、12 VIN和0.8 VOUT下的效率。

圖9以熱圖方式顯示了這個四相設計的熱性能。在60 A負載下， IC最高溫度為66°C，最低溫度為61.6°C。四個IC之間的最大溫差為 5°C左右
，表示各相均流性能出色。

圖9. 四相交錯LT8627SP在1 MHz FSW
、12 VIN和0.8 VOUT 60 A下的熱性能。

關於多相LT8627SP的設計考慮因素和指南

LT8627SP作為峰值電流模式控製IC，可輕鬆配置為多相操作。有幾項設計考慮因素需特別注意，分別是：

●   要實現正常均流
，需將每個IC的VC引腳連接在一起
，如圖1 的原理圖所示。

●   要以均衡的方式交錯連接四相LT8627SP，每個IC的CLKOUT需配置為90°相移，並饋入下一個IC的SYNC引腳。采用該配置時
，每個IC的開關節點波形如圖10suoshi。jiaocuoshiduoxiangjiangyawenyaqidailaidezuidayoushizhiyi。junhengjiaocuodexiangweinenggoushishuchudianyawenbopinlvbeizeng，yincikexianzhujiangdishuchudianrong。jiaocuowenbopinlvgenggaoshi


，yeyouzhuyukongzhihuanluyouxiaoyizhigenggaodaikuanxiadewenbozaosheng。LT8627SP可以采用高達4 MHz開關頻率，支持三種不同的相移時鍾配置：180°、120°和90°。這表示無需額外使用任何器件
，也能實現最多12種交錯。

●   為了實現正常的電壓檢測

，應將每個IC的OUTS引腳連接在一起。需要注意的是，因為控製環路中涉及到所有誤差放大器(EA)，在進行伯德圖導入時也需要考慮所有EA。因此

，需要將檢測點（輸出電壓）和OUTS引腳側連接在一起，確保每個EA都能實現均勻擾動。

●   RT引腳需使用電阻來設置頻率。主機IC需提供設置目標開關頻率所需的電阻值
，從機IC的電阻值設置的頻率要比主機IC低20%

圖10. 每個開關節點的每個通道之間的相移示意圖。

結論

為5G電信應用構建電源存在挑戰性。這些應用需要快速、大電流瞬態響應
，以實現最小峰峰輸出電壓，或在負載瞬態期間實現最短恢複時間。應對這些挑戰的一種簡單方法是：將多個 Silent Switcher 3架構（例如LT8627SP）功率轉換器並聯到單個交錯係統中，以此增大電源的帶寬和負載能力，使其獲得執行快速
、大電流瞬態的能力。

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