ZHCAA82B April 2017 – April 2021 CSD95490Q5MC , TPS40140 , TPS40322 , TPS40422 , TPS40425 , TPS40428 , TPS51631 , TPS53622 , TPS53631 , TPS53632 , TPS53641 , TPS53647 , TPS53659 , TPS53661 , TPS53667 , TPS53679 , TPS53681
在進(jìn)行多相設(shè)計時，設(shè)計師在決定如何實現(xiàn)控制器、驅(qū)動器和功率 MOSFET 時有三種選擇。表 5-2 總結(jié)了每種方案常見的優(yōu)缺點。
方案 1 具有更大的設(shè)計靈活性，前提條件是使用常見的封裝尺寸，因為如果需求發(fā)生變化，F(xiàn)ET 和驅(qū)動器可以輕松地進(jìn)行交換。控制器會向每個驅(qū)動器 IC 發(fā)送一個 PWM 信號，然后將該信號轉(zhuǎn)換為 MOSFET 的上下柵極驅(qū)動信號。此方案也會是價格最實惠的方案，因為單個 IC 本身既不是高度集成，也不復(fù)雜。然而，如采用完全分立式解決方案，則對驅(qū)動器 FET 組合進(jìn)行優(yōu)化是設(shè)計者的責(zé)任，這會增加設(shè)計的復(fù)雜性，并且時間受限時可能無法采用該方案。與集成度更高的解決方案相比，性能也更受 PCB 布局的影響，因為有更多的高功率節(jié)點、驅(qū)動信號和感測線與附加寄生元件一起路由。
方案 2 限制了工程師的設(shè)計自由度，因為驅(qū)動器與控制器配對，可能不適合驅(qū)動所有可行的 FET。它還要求控制器相對靠近相位，因為柵極信號不能長距離運行而不影響性能。與完全分立式解決方案相比，布局面積和復(fù)雜性取決于相位計數(shù)。隨著相位計數(shù)的增加，控制器尺寸會膨脹，因為每個相位至少需要四個額外的引腳（上部柵極驅(qū)動器、下部柵極驅(qū)動器、相位感應(yīng)和引導(dǎo)）。對于大于兩相或三相的設(shè)計，如選擇此方案要保持適當(dāng)?shù)牟季趾芾щy?？赡芨緹o法找到一個通過集成驅(qū)動器支持高相位計數(shù)的控制器。將多個控制器堆疊在一起只會增加設(shè)計復(fù)雜度。
方案 3 提供了更簡單的設(shè)計和布局，但 IC 的高度集成導(dǎo)致 BOM 成本較高?？刂破骱万?qū)動器 FET IC 之間只發(fā)送 PWM 信號。無需柵極驅(qū)動信號路由。此方案還提供了更優(yōu)的驅(qū)動器 FET 組合，具有極低的寄生，從而實現(xiàn)更高的效率并降低擊穿機(jī)會。如果需要輸入電流、輸出電流和溫度等參數(shù)的遙測數(shù)據(jù)，可以輕松地將這些特性添加到驅(qū)動器 FET 功率級中，而不需要額外的離散電路。
| 設(shè)計參數(shù) | 方案 1 – 分立式解決方案 | 方案 2 – 控制器+具有 FET 的驅(qū)動器 | 方案 3 – 具有驅(qū)動器的控制器 +FET |
|---|---|---|---|
| 靈活性 | 高 | 平均 | 平均 |
| BOM 成本 | 低 | 取決于相數(shù) | 高 |
| 復(fù)雜性 | 高 | 高 | 低 |
| 密度 | 低 | 取決于相數(shù) | 高 |
| 性能 | 平均 | 平均 | 高 |
對于電流設(shè)計，方案 2 可以直接排除。不存在可以處理六個相位的控制器和驅(qū)動器封裝，當(dāng)控制器存在六個 PWM 輸出時，堆疊多個控制器會增加不必要的復(fù)雜性。方案 1 看起來很有吸引力，因為它有可能降低 BOM 成本，但是布局驅(qū)動器、FET 和相關(guān)無源器件所需的 PCB 面積乘以六個相位會增加電路板面積，并且會提高其生產(chǎn)和組裝成本。
選擇方案 3 可減少總體元件數(shù)量，并實現(xiàn)更簡單的電路板布局。http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/buck-controller-external-switch-products.page#p2192=Multiple%20Outputs;Phase%20Interleaving選擇了這一方案則無須再煩惱于為每個相位選擇一對最優(yōu) FET 和驅(qū)動器（這個主題在單獨的應(yīng)用手冊中有詳細(xì)介紹，請參閱多相降壓穩(wěn)壓器門戶網(wǎng)站）。通過在芯片上集成所需的電路，選擇一個智能功率級 為 PMBus 遙測提供支持。
本設(shè)計中需要考慮功率級的兩個可能選項是 CSD95372AQ5M 和 CSD95490Q5MC。每一級的額定持續(xù)電流分別為 60A 和 75A，并支持所需的輸入/輸出電壓，可在 600kHz 下切換，并具有內(nèi)置的溫度監(jiān)視器引腳。這兩個部分包含在低電感封裝中以減少寄生，這些寄生可以影響穩(wěn)態(tài)開關(guān)和瞬態(tài)響應(yīng)。最后，兩者都兼容 3.3V 和 5V PWM 信號，從而在選擇控制器 IC 時具有更大的靈活性。
經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn) CSD95490Q5MC 更適合為網(wǎng)絡(luò) ASIC 供電。由于集成的雙向電流感應(yīng)能力，無需 DCR 匹配或電阻檢測濾波電路，消除了被路由回控制器的六個差分電流感應(yīng)信號。但返回了一個放大的、單端每相電流感應(yīng)信號。因為電流感應(yīng)信號在功率級被放大，所以它不易被噪聲和其他開關(guān)信號破壞，從而簡化了電路布局。正確配置該部件只需要 LSET 引腳上的單個電阻值即可。此外，不再需要最小感應(yīng)電阻器或 DCR 值來保持感應(yīng)信號 SNR 足夠高以精確平衡相電流，因此消除了少量的功率損耗。
更重要的是，在相同條件下，CSD95490Q5MC 的功耗比 CSD95372AQ5M 低得多。表 5-3在 33A (TDC) 和 40A（最大值）下計算功率損耗，并按照 中的顯示，在以下條件下使用兩個數(shù)據(jù)表中的損耗曲線：VIN = 12V、VOUT = 0.9V、fSW = 600kHz、L = 150nH, TJ = 100°C。由于 TDC 時每相損耗減少 1.4W，最大電流時每相損耗減少 3W，CSD95490Q5MC 是最佳選擇。
| 相電流 | CSD95490Q5MC | CSD95372AQ5M |
|---|---|---|
| 33A (TDC) | 3.36W | 4.71W |
| 40A (MAX) | 4.56W | 7.54W |