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NESP015A May 2024 – April 2026 TPS53689T

4.2 負載暫態升壓

圖 13 和圖 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 與圖 14 的一些觀察：

TLVR 設計對暫態 (I_SUM 擷取 I_LOAD) 的反應速度更快，原因在於 I_SUM 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，L_C 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。

圖 13 多相降壓轉換器。

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	值
V_IN	輸入電壓	12V
V_OUT	輸出電壓	0.8V
N_TOTAL	總操作相位數	4 相位
f_SW	每相位切換頻率	600kHz
I_STEP	載入步進距離	25A 至 325A，瞬時
L_M/L_BUCK	適用於 TLVR 的磁化電感 L_M，適用於降壓的濾波器電感器 L_BUCK	150nH/150nH
L_C	適用於 TLVR 的 L_C 值	180nH
C_OUT	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 I_SUM，以及其暫態響應為何優異。

降壓轉換器的 I_SUM 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 (I_LM) 之外，每個相位都會增加一次 I_LC，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} + \dots

方程式 14.

I_{S U M (T L V R)} = I_{P R I 1} + I_{P R I 2} + \dots = (I_{L m 1} + I_{L c}) + (I_{L m 2} + I_{L c}) + \dots

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 N_ON 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 N_OFF 相位隨時保持關閉。方程式 15 和方程式 16 顯示多相降壓轉換器的 I_SUM 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)} = \frac{Δ V_{L 1}}{L} + \frac{Δ V_{L 2}}{L} + \dots

方程式 16.

↑ {S l o p e}_{(b u c k)} ≅ N_{O N} (\frac{V_{I N} - V_{O U T}}{L}) - N_{O F F} (\frac{V_{O U T}}{L})

方程式 17 和方程式 18 顯示 TLVR 設計的 I_SUM 斜率上升，假設 TLVR 磁化電感 L_M 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)} = (\frac{Δ V_{L 1}}{L_{M}} + \frac{Δ V_{L C}}{L_{C}}) + (\frac{Δ V_{L 2}}{L_{M}} + \frac{Δ V_{L c}}{L_{C}}) + \dots

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} \times (\frac{N_{O N} \times V_{I N} - N_{T O T A L} \times V_{O U T}}{L_{C}})

透過這種撰寫方式，附加名詞可清楚說明 I_LC 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。