環保意識高漲，可攜式產品製造商連帶面臨整合多種功能時產品耗電量的壓力，此種壓力也轉而成為電源IC廠商的設計挑戰，因此多相操作技術應運而生，利用多相操作技術可減小輸入漣波電流、輸出漣波電壓和總抗射頻特性，並可有效改善散熱管理的優點。
嵌入式系統大多是透過48伏特背板供電，其電壓通常會降至較低的24伏特、12伏特或5伏特中間匯流排電壓，以提供系統電路板電源。然而，這些電路板上的大多數電路或IC通常要求須在低於1～3.3伏特的電壓範圍內工作，由於其電流範圍介於數十毫安培至數十安培間，因此需要負載點(POL)直流對直流(DC-DC)轉換器將24伏特、12伏特或5伏特電壓端降至這些次電路或IC所要求的電壓和電流值。
多軌輸出考驗設計整合度
對於以電池供電之可攜式產品的製造商而言，目前所面臨的最大壓力是，一方面須將更多功能塞進外形尺寸已受限的產品中，一方面還要達到更長的電池續航力，如大多數可攜式媒體播放器(PMP)都具有視訊和MP3播放器功能，因此內部電子電路需要多種具有不同功率位準的低壓輸出端。
導致此結果的主要原因是大多數大規模數位IC的工作電壓為1.2伏特或更低，而同時記憶體和輸入/輸出(I/O)電壓需求可能在2.2～3.3伏特之間，如此一來，直接對鋰離子電池使用多個單POL DC-DC轉換器變得不實用，因此系統設計者須採用更具整合性的方法。
與傳統線性穩壓器相比，同步降壓轉換器在電池續航力有長足進步，因其提高了轉換效率，這類轉換器一般的轉換效率為95%，而且幾乎毋需任何散熱措施。然而，這種高效率是以占用更多電路板空間為代價而實現，因為每個通道都要增加一個電感，因此保持最小整體解決方案接腳占位極其重要。透過將多個通道整合到一個同步降壓解決方案中，這些通道就可全數以一個輸入電容工作，從而將解決方案接腳占位縮至最小。
綠色電源需求日益增長
由於建立新發電設施成本很高，因此很多國家採用所謂的綠色政策，鼓勵製造商在終端產品中納入節能技術。在此政策激勵下，很多電源管理產品供應商在提高產品電源轉換效率和降低產品在待機模式時的功耗方面取得了很大進步。就用於節能型DC-DC轉換器的電源管理IC而言，須具有兩個主要特點，首先，須在寬廣負載電流範圍內具有非常高的轉換效率，其次，在待機和關機模式時，靜態電流也須很低。
就很多嵌入式系統而言，在電壓日益降低的情況下，不斷要求提高電流之需求持續推動電源系統的發展。在此領域的很多進步都可追溯到電源轉換技術領域之成果，尤其是電源IC和電源半導體的改進。總體而言，這些元件允許以對電源轉換效率影響最小的方式提高開關頻率，進而為提高電源效能做出貢獻。能做到提高切換頻率並對效率影響最小，靠的是降低開關和導通狀態損耗，以及容許高效率地去除熱。不過，向較低輸出電壓的轉移為這些因素帶來更大的壓力，這又導致極大的設計難題。
多相操作有效解決設計難題
多相操作被認為是用於轉換架構的一般性術語，在這些架構中，使用兩個或更多轉換器處理單個輸入，轉換器相互同步但以不同的鎖相工作。這種方法可減小輸入漣波電流、輸出漣波電壓和總抗射頻(RFI)特性，同時在輸出電壓完全穩定的情況下允許單個大電流或多個較低電流輸出。以單晶元件提高輸出電流能力而言，多相操作還允許使用較小的外部元件，因為多個較小的金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)可非常容易地在晶片上製造出來，這也帶來改善散熱管理的附加優點。
一般情況下，降壓轉換器應用更加普遍，但是多相架構可以配置成降壓、甚至是順向升壓。今天，從12伏特輸入至1.x伏特輸出的轉換效率高達95%很常見。此外，透過運用脈衝跳略、脈衝寬度調變(PWM)技術，還可輕鬆在橫跨多個串聯的負載電流範圍內實現高效率運作，還有一個附加的好處，即向負載提供小電流時能夠獲得低靜態電流，通常情況下靜態電流在幾十微安培範圍內。
用於嵌入式系統的方案與用於電池供電的手持裝置方案相差甚低，可能的例外是很多可攜式應用對元件高度具有嚴格限制，這可能成為電源轉換器的難題，因為電感和濾波電容通常屬於高度最高的元件。
然而，多相架構非常適於這類應用，零組件高度甚至降低到僅1.5毫米。若以不同類比IC供應商所提供的單晶多相轉換器與相似的單相轉換器相比，利用多相架構的晶片尺寸會更小，高度更低，並能以更高效率和更低輸出漣波提供超過10瓦的輸出功率。
如以單晶、同步、高切換頻率(每相高達2MHz)、四相電源IC架構為例，此類產品的實例為廠商推出的LTC3425，該元件允許使用多個體積小、成本低的電感，而不是單個大又笨重的電感，與同類單相電路相比，因有效的輸出漣波頻率達8MHz，所需的輸出濾波電容少。此外，所需的全部功率MOSFET都在晶片內，適用於須要使用扁平元件、及空間受限的電路板和可攜式裝置。
慎選被動元件 系統尺寸與電流輸出品質可以兼得
另外，採用多相方法設計轉換器，與設計傳統單相轉換器並無不同。所有電源開關都在內部，因此四相工作是透明的。所有四相的限流值和切換頻率都可輕易以單個電阻設定，就像在單相設計中一樣。同樣地，輸出電壓設定和迴路補償與其他熟悉的DC-DC轉換器設計也沒有不同。
這種類型POL轉換器的同步四相架構，在寬負載範圍內實現了高效率，同時允許使用扁平的元件，最後，由於輸出漣波電流以4:1的比例降低，因此以小尺寸和較低成本的陶瓷電容就可實現非常低的輸出電壓漣波。
由於在指定機箱內所具備的空間和冷卻等多種限制因素，以及需要正確的電源追蹤以提高系統可靠性，因此幾乎任何系統的POL DC-DC轉換器設計者都面臨著相當大的挑戰。儘管須克服大量限制因素，設計者還是有方法可循，因為不同類比IC製造商最近推出的許多穩壓器，便提供簡單、精小、高效率和多功能的解決方案。
(本文作者為凌力爾特電源產品事業群產品市場經理)