СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2012

В ВЕДЕНИЕ Однофазные понижающие контрол леры хорошо работают в низковольт ных конвертерах с выходным током примерно до 25 А, но на более высо ких токах рассеяние мощности и сни жение КПД становятся проблемой. Од нимиз альтернативных подходов явля ется использование многофазного понижающего контроллера. В этой статье кратко обсуждаются преимуще ства использования многофазного конвертера по сравнению с однофаз ным конвертером и параметры, дости жимые при его реализации. На рис. 1 показана двухфазная схе ма. Из эпюр напряжений, показанных ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2012 на рис. 2, понятно, что напряжения в фазных цепях чередуются. Это чере дование снижает пульсацию как вход ного, так и выходного токов. В резуль тате уменьшается нагрев печатной платы и отдельных компонентов на ней. По сути двухфазный понижаю щий конвертер снижает рассеяние мощности на транзисторах и катуш ках индуктивности наполовину. Чере дование также снижает переходные потери. В ЫХОДНОЙ ФИЛЬТР При многофазной реализации тре бования к выходному фильтру снижа ются благодаря уменьшению тока для каждой фазы. Для 40 амперного двух фазного решения средний ток через каждуюкатушку индуктивности соста вит только 20 А. По сравнению с одно фазным решением, индуктивность и размер катушки существенно сниже ны благодаря более низким среднему току и току насыщения. П УЛЬСАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Уменьшение импульсного тока вы ходного фильтра приводит к умень шению пульсации напряжения на вы ходном конденсаторе по сравнению с однофазным решением. Это ещё од на причина, по которой многофаз ный конвертер предпочтительнее. Уравнения (1) и (2) позволяют вычис лить часть импульсного тока, подав ленного каждой катушкой индуктив ности: m = D × Phases, (1) ,(2) где: D – коэффициент заполнения, I Rip_norm – относительный импульсный ток как функция от D , mp – целая часть от m . Рисунок 3 иллюстрирует эти фор мулы. Например, применение двух фаз при D = 20% снижает на 25% им пульсный выходной ток. Значение импульсного напряжения, которое должен выдерживать конденсатор, вычисляется умножением импульсно го тока на эквивалентное последова тельное сопротивление. Очевидно, что требования к максимальным им пульсным току и напряжению ослаб ляются. Рисунок 4 показывает результатымо делирования двухфазного понижаю щего конвертера при D = 25%. Импульс ные токи через катушки индуктивнос ти составляют 2,2 А, но импульсный Затвор Q1 Цепь фазы 1 Цепь фазы 2 L1 L2 Q1 Затвор Q2 Q2 Затвор Q3 Q3 Затвор Q4 Q4 V IN V IN V OUT Многофазный контроллер Рис. 1. Двухфазный понижающий конвертер Цепь фазы 1 1,628 1,629 1,630 1,631 1,632 1,633 1,634 Время, мс Напряжение в цепях фазы, В 6 5 4 3 2 1 0 Цепь фазы 2 Рис. 2. Напряжение в цепях фазы 1 и 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Коэффициент заполнения, % 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Относительная пульсация тока Рис. 3. Относительная пульсация тока конденсатора в зависимости от коэффициента заполнения 4,463 4,465 Время, мс 4,467 4,469 Ток выходного конденсатора, А Ток катушки индуктивности, А 14 10 6 6 4 2 0 Фаза 1 Фаза 2 Рис. 4. Уменьшение тока пульсации через катушку индуктивности при D = 25% Преимущества многофазного понижающего конвертера Дэвид Баба (США) Статья знакомит с интересным решением – многофазным понижающим конвертером. По сравнению с традиционными однофазными схемами это решение имеет более высокий КПД при больших выходных токах, обеспечивает меньшую пульсацию выходного напряжения и улучшенную динамическую характеристику. Печатается с разрешения Texas Instruments (www.ti.com) © СТА-ПРЕСС