NESP015A May   2024  – April 2026 TPS53689T

 

  1.   1
  2.   摘要
  3. 簡介
  4. 轉換器暫態響應
  5. 磁層
  6. TLVR 拓撲結構運作原理
    1. 4.1 穩定狀態操作
    2. 4.2 負載暫態升壓
    3. 4.3 負載暫態降壓
    4. 4.4 LC 電感器選擇
    5. 4.5 穩定狀態漣波
  7. 功率損耗與效率
  8. 相位倍增
  9. PCB 配置
  10. TLVR 最佳化元件
  11. 範例並排設計
  12. 10摘要
  13. 11其他資源

負載暫態升壓

圖 13圖 14 顯示了在相同負載升壓條件下,多相降壓轉換器與 TLVR 設計之間的模擬比較。表 2 摘述模擬參數。這些都是使用 TI TPS536C9T DCAP+™ 固定導通時間控制器的閉合迴路模擬。

關於 圖 13圖 14 的一些觀察:

  • TLVR 設計對暫態 (ISUM 擷取 ILOAD) 的反應速度更快,原因在於 ISUM 以更快的速率上升。因此,輸出電壓偏差明顯較低。
  • 在暫態響應期間,多相降壓轉換器設計需要比 TLVR 設計更多的脈衝來做出回應,亦即 TLVR 設計可在暫態事件期間每脈衝提供更多能量。
  • 鑑於固定導通時間控制的本質,脈衝會在暫態響應期間重疊。在脈衝重疊操作期間,LC 電壓會升高至明顯高於輸入電壓的位準,然後在穩定狀態下返回正常運作。
 多相降壓轉換器。圖 13 多相降壓轉換器。
 TLVR。圖 14 TLVR。
表 2 暫態負載升壓與降壓範例的模擬參數。
參數 說明
VIN 輸入電壓 12V
VOUT 輸出電壓 0.8V
NTOTAL 總操作相位數 4 相位
fSW 每相位切換頻率 600kHz
ISTEP 載入步進距離 25A 至 325A,瞬時
LM/LBUCK 適用於 TLVR 的磁化電感 LM,適用於降壓的濾波器電感器 LBUCK 150nH/150nH
LC 適用於 TLVR 的 LC 180nH
COUT 輸出電容 5.0mF,理想

根據 穩定狀態操作 一節所述的關係,證明 TLVR 能夠以比降壓轉換器更快的速度提升 ISUM,以及其暫態響應為何優異。

降壓轉換器的 ISUM 即是其獨立電感器電流的總和,如 方程式 13 中所示。在 TLVR 設計中,除了每個磁化電流 (ILM) 之外,每個相位都會增加一次 ILC,如 方程式 14 中所示:

方程式 13. I S U M ( b u c k ) = I L 1 + I L 2 +
方程式 14. I S U M T L V R = I P R I 1 + I P R I 2 + = I L m 1 + I L c + I L m 2 + I L c +

系統中的所有電感器皆遵循基本電感器關係。在對負載升壓的暫態響應期間,轉換器會同時開啟 NON 相位。由於各種原因,可能無法一次開啟所有相位,因此也建議讓 NOFF 相位隨時保持關閉。方程式 15方程式 16 顯示多相降壓轉換器的 ISUM 斜率上升。這些方程式未計入控制器反應時間,但僅顯示轉換器拓撲結構的限制。

方程式 15. S l o p e ( b u c k ) = Δ V L 1 L + Δ V L 2 L +
方程式 16. S l o p e ( b u c k ) N O N V I N - V O U T L - N O F F V O U T L

方程式 17方程式 18 顯示 TLVR 設計的 ISUM 斜率上升,假設 TLVR 磁化電感 LM 等於降壓濾波器電感器 L,以供比較用途:

方程式 17. S l o p e ( T L V R ) = Δ V L 1 L M + Δ V L C L C + Δ V L 2 L M + Δ V L c L C +
方程式 18. S l o p e T L V R S l o p e b u c k + N T O T A L   × N O N   ×   V I N - N T O T A L   ×   V O U T L C

透過這種撰寫方式,附加名詞可清楚說明 ILC 對於讓 TLVR 設計比傳統多相降壓設計更快速回應暫態所造成的影響。