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單相降壓(Bulk)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下:

可以看到一個(gè)高端場(chǎng)效應(yīng)管High side MOSFET(Q1)跟低端場(chǎng)效應(yīng)管Low side MOSFET(Q2),一個(gè)輸出電感(L)以及一個(gè)輸出電容(C),這樣構(gòu)成了最簡(jiǎn)單的單相交換式降壓電路。主板上面最基本單項(xiàng)回路構(gòu)成就是一個(gè)電感、一個(gè)電容再加上兩個(gè)MOS管。
各端點(diǎn)波形如下:

可以看出單相電路于電感端輸出電壓及波形會(huì)隨著每相ON-OFF交換而變動(dòng),這時(shí)就需要電容、電感儲(chǔ)能來(lái)于截止時(shí)釋放能量,所以當(dāng)負(fù)載增大時(shí),便需要更大的電感器以及更多的電容器,以?xún)?chǔ)存更多能量。
而且為了改善瞬時(shí)響應(yīng),必須提升交換頻率,但過(guò)度提升交換頻率代表需要使用高速開(kāi)關(guān)組件,然而MOSFET管的高速特性并不優(yōu)異,所以會(huì)導(dǎo)致切換效率的下降,進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率不佳。
High side MOSFET必須承受導(dǎo)通時(shí)負(fù)載所需電流,Low side MOSFET于截止時(shí)承受電容電感釋放儲(chǔ)能的能量,為了得到更大輸出時(shí)也需使用更大容量的產(chǎn)品,不僅發(fā)熱量高,成本也增加不少。
這就是大電流應(yīng)用場(chǎng)合,多相位式設(shè)計(jì)流行的原因。
下圖為二相降壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖:

可以看到兩組單相電路輸出并聯(lián),但光只是電路并聯(lián)并沒(méi)有用,控制波形也要進(jìn)行相位偏移動(dòng)作,讓兩組電路交互動(dòng)作,波形特性如下:

由波形看到,兩組電路因?yàn)橄辔黄?,使輸出波形得以重迭,就像一組以?xún)杀额l率運(yùn)作的電路,所以多相電路,可以以較低的交換頻率,各相累加后總交換頻率也可以提高。
通過(guò)以上的分析可以整理出多相式VRM具有以下的優(yōu)點(diǎn):
1.因?yàn)檩敵鲭娏鞣峙渲粮飨辔唬悦繉?duì)HS/LS MOSFET所承載的電流會(huì)比較小。
2.因?yàn)?/SPAN>MOSFET電流降低,導(dǎo)通時(shí)散發(fā)的熱量變少,且散布到各相區(qū)域,所以熱密度較小,散熱問(wèn)題比較簡(jiǎn)單。
3.流過(guò)每相電感的電流變少,所以可選擇飽和電流以及有效電流較低的產(chǎn)品,降低成本。
4.總漣波電流因?yàn)橄鄶?shù)增加的關(guān)系,每個(gè)相位的漣波電流較低,輸出電容的數(shù)目得以減少。
5.因?yàn)榭傒敵鲱l率 = 單一相位交換頻率 * 相位數(shù),較高的輸出頻率使得瞬時(shí)響應(yīng)也獲得了改善。
6.因?yàn)楦飨嚯娏鳒p小,每相MOSFET數(shù)目減少,可簡(jiǎn)化MOSFET驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力的問(wèn)題。
然而采用多相位輸出主要難處在于如何去平衡每個(gè)相位的電流,假設(shè)電流平衡做的不好,在大電流輸出的相位將依電流平方的比例產(chǎn)生功率消耗,不僅導(dǎo)致過(guò)熱,并造成VRM效率降低。
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