許多系統(tǒng)板需要多個(gè)電壓軌來驅(qū)動(dòng)各種各樣的半導(dǎo)體IC。例如，考慮一個(gè)現(xiàn)代機(jī)頂盒（STB）。它包括從片上系統(tǒng)（SoC）到邏輯，Wi-Fi，HDMI，以太網(wǎng)PHY等芯片以及USB和SDIF等接口的器件。此外，它還集成了RF/IF功能和時(shí)鐘，并且由于所有這些設(shè)備都消耗大量功率，因此需要風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。為了最大限度地降低噪聲，良好的設(shè)計(jì)還將模擬和數(shù)字電源軌分開。因此，SoC需要1.8 V或更低的內(nèi)核電壓，而其I/O需要3.3 V電源。同樣，USB端口使用5 V電源，風(fēng)扇也是如此。簡(jiǎn)而言之，單系統(tǒng)板需要多個(gè)電源軌來運(yùn)行。傳統(tǒng)上，為了產(chǎn)生這些多個(gè)電壓，設(shè)計(jì)人員一直使用多個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換器或低壓差穩(wěn)壓器（LDO）來降低最近電壓的電壓總線。除了增加系統(tǒng)板的成本和空間外，使用多個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器或LDO還意味著更高的功耗和更低的整體效率。另一種更簡(jiǎn)單的方法是從單個(gè)同步降壓穩(wěn)壓器產(chǎn)生多個(gè)電壓。1

多輸出同步轉(zhuǎn)換器

盡管可以使用產(chǎn)生多輸出電壓的單同步降壓穩(wěn)壓器，例如作為凌力爾特公司的LM5006，他們使用耦合電感和相關(guān)的多個(gè)外部MOSFET，以及二極管整流來產(chǎn)生兩個(gè)或更多電壓輸出。使用耦合電感的典型基于LM5006的降壓轉(zhuǎn)換器如圖1所示。產(chǎn)生兩個(gè)或更多輸出所需的額外組件使用更多空間并增加成本，同時(shí)降低效率，從而使其無法使用。因此，為了最大限度地減少外部元件，同時(shí)克服設(shè)計(jì)變壓器或耦合電感的繁瑣工作，德州儀器和凌力爾特等供應(yīng)商推出了下一代集成多輸出同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，可在不影響效率的情況下從更小的占位面積中簡(jiǎn)化此類任務(wù)。

圖1：使用耦合電感的雙輸出同步降壓轉(zhuǎn)換器

采用TI新推出的多通道同步降壓轉(zhuǎn)換器系列，如TPS65261（圖2）。這款單芯片，多通道同步降壓轉(zhuǎn)換器在片上集成了三個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器，可通過單個(gè)輸入電源實(shí)現(xiàn)三種不同的電壓輸出，輸出電流額定值為3 A/2 A/2 A.正如TI所描述的那樣。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中，每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器都是獨(dú)立的，具有專用的軟啟動(dòng)和環(huán)路補(bǔ)償引腳。每個(gè)片內(nèi)降壓的反饋電壓基準(zhǔn)為0.6 V.其寬輸入電源電壓范圍為4.5 VDC至18 VDC，涵蓋大多數(shù)中間總線電壓，工作在5 V，9 V，12 V或15 VDC電源總線上。通過外部電阻可以將轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率從250 kHz調(diào)節(jié)到2 MHz。電流額定值稍高的類似部件是TPS65250。降壓1的額定最大電流為3.5 A，而降壓2和3的額定最大電流為2.5 A.與TPS65261采用32引腳VQFN封裝不同，TPS65250采用40引腳QFN封裝。

圖2：TI三重同步降壓轉(zhuǎn)換器TPS65261的功能框圖。為了最大限度地降低輸入濾波器要求，片內(nèi)降壓1的開關(guān)時(shí)鐘相對(duì)于降壓時(shí)鐘為180度異相。 2和降壓3，而降壓2和降壓3的時(shí)鐘同相運(yùn)行。此外，為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓的正確排序，多輸出同步轉(zhuǎn)換器為每個(gè)降壓引入了專用的使能和軟啟動(dòng)引腳。此外，它還具有電源良好（PGOOD）引腳，用于監(jiān)控降壓轉(zhuǎn)換器的每個(gè)輸出電壓。實(shí)際上，當(dāng)任何輸出電壓不工作時(shí)，電源就緒引腳會(huì)置位。因此，可以保護(hù)轉(zhuǎn)換器免受過載和過熱故障的影響。實(shí)際上，根據(jù)TI的說法，如果結(jié)溫超過160°C，內(nèi)部熱關(guān)斷電路會(huì)強(qiáng)制器件停止開關(guān)。當(dāng)結(jié)溫降至140°C以下時(shí)，器件會(huì)重新啟動(dòng)上電序列。此外，為了在輕負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的效率，TPS65261在輕負(fù)載電流下進(jìn)入高效脈沖跳躍模式（PSM）工作。使用TPS65261的三輸出同步降壓轉(zhuǎn)換器如圖3所示。在表1中描述了用于此三輸出轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)參數(shù)。選擇輸出電感的值以及輸入和輸出電容在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表中進(jìn)行了描述。基于轉(zhuǎn)換器的電流模式控制方案，數(shù)據(jù)表向您展示如何為環(huán)路補(bǔ)償電路選擇頻率和元件。

圖3：三輸出同步步驟 - 基于TPS65261的下變頻器。

設(shè)計(jì)參數(shù)示例值VOUT1 1.2 V IOUT1 3 A VOUT2 3.3 V IOUT2 2 A VOUT3 1.8 V IOUT3 2 A瞬態(tài)響應(yīng)1 A負(fù)載階躍±5％輸入電壓12 V正常，4.5 V至18 V輸出電壓紋波±1％開關(guān)頻率600 kHz

表1：基于TPS65261的三輸出同步降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)參數(shù)

多輸出μModule穩(wěn)壓器

同樣，凌力爾特公司推出一個(gè)四輸出降壓μModule穩(wěn)壓器，命名為L(zhǎng)TM4644，可配置為單輸出，雙輸出，三輸出或四輸出解決方案。凌力爾特公司表示，這種靈活性使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠依賴一個(gè)簡(jiǎn)單而緊湊的μModule穩(wěn)壓器。據(jù)該公司稱，有四個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)壓器，配有相關(guān)的DC/DC控制器，電源開關(guān)，電感器和補(bǔ)償元件，采用9.0 x 15.0 x 5.01 mm BGA封裝。每個(gè)穩(wěn)壓器能夠提供高達(dá)4 A的連續(xù)輸出電流。只需要8個(gè)外部陶瓷電容和4個(gè)反饋電阻來調(diào)節(jié)0.6 V至5.5 VDC之間的4個(gè)獨(dú)立可調(diào)輸出，如圖4所示。獨(dú)立的輸入引腳使4個(gè)通道可以通過不同的或共用的電源軌供電（s ）從4 VDC到14 VDC。 LTM4644非常適合通信應(yīng)用。

圖4：凌力爾特公司的四通道DC/DCμModule穩(wěn)壓器僅需要少量外部陶瓷電容和反饋電阻來調(diào)節(jié)0.6 V至5.5 VDC之間的四個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)的輸出。輸出電流，Linear提供LTC3544，這是一款四同步降壓穩(wěn)壓器，具有四個(gè)獨(dú)立輸出，分別提供高達(dá)300 mA，2000 mA，200 mA和100 mA輸出電流。但是，輸入電壓范圍限制在2.25 V至5.5 V.建議用于鋰離子/聚合物電池供電的應(yīng)用，并采用薄型16引腳QFN封裝。同樣，對(duì)于汽車應(yīng)用，凌力爾特提供其LT3504穩(wěn)壓器。

對(duì)于需要三路輸出的應(yīng)用，凌力爾特推出了包含三個(gè)降壓穩(wěn)壓器的LT3514，分別提供2 A，1 A和1 A輸出電流。該器件具有3.2 V至36 V的寬工作輸入范圍。片上升壓調(diào)節(jié)器允許每個(gè)通道的占空比高達(dá)100％。總之，目前有許多可用的集成電路提供集成多輸出同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器，簡(jiǎn)化了使用單輸入電壓范圍設(shè)計(jì)具有多個(gè)輸出電壓的降壓轉(zhuǎn)換器的任務(wù)。由于芯片內(nèi)部和封裝內(nèi)部的高度集成，只需要少量外部元件即可完成這樣的多輸出解決方案。