如何使用多相升壓轉(zhuǎn)換器

當(dāng)系統(tǒng)需要的電壓高于可用電壓時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器是滿足這一需求的理想選擇。然而，經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并非唯一方案。一種更優(yōu)的解決方案或許是移相多相升壓轉(zhuǎn)換器。這類(lèi)轉(zhuǎn)換器在高負(fù)載工況下效率更高，同時(shí)能降低輸入及輸出電容值。

基于升壓原理的開(kāi)關(guān)電源能夠?qū)⒌碗妷恨D(zhuǎn)換為更高電壓。為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，可采用如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)升壓拓?fù)?。這種拓?fù)淠軌虼_保輸出端從電感獲得脈沖電流。不過(guò)，電壓轉(zhuǎn)換器需要穩(wěn)定的輸出電壓，這使得輸出電容C2的作用至關(guān)重要，它必須將脈沖電流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固定輸出電壓。為順利完成這項(xiàng)任務(wù)，升壓穩(wěn)壓器中的輸出電容通常需要具備較大容量，例如較高的電容值；同時(shí)還須盡可能降低等效串聯(lián)電阻(ESR)、寄生電阻、等效串聯(lián)電感(ESL)、寄生電感。

若要降低對(duì)輸出電容的高要求，建議設(shè)計(jì)多相升壓轉(zhuǎn)換器。在多相方案中，兩個(gè)升壓穩(wěn)壓器并聯(lián)工作并連接至同一輸出電容；兩個(gè)通道采用180°的時(shí)間滯后進(jìn)行控制，其電路圖如圖2所示。此時(shí)，輸出電容C2在一個(gè)周期內(nèi)會(huì)兩次獲得能量，分別來(lái)自電感L1和電感L2。若要獲得與圖1電路相似的電壓紋波，C2電容的容量?jī)H需原來(lái)的一半左右。

多相升壓穩(wěn)壓器的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在輸出電容方面，在輸入電容相關(guān)方面也有所體現(xiàn)。在輸入端，升壓穩(wěn)壓器不會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，因?yàn)殡姼袝?huì)限制電流的上升和下降。然而，如圖2所示，兩個(gè)移相電感線圈也能限制輸入電流的波動(dòng)，因而輸入電容C1的尺寸同樣可以減小。

圖3展示了一個(gè)采用集成電路LT8349的實(shí)際應(yīng)用方案。這是一款兩相同步升壓轉(zhuǎn)換器，其電壓范圍專為提升或穩(wěn)定電池電壓而設(shè)計(jì)；當(dāng)電池在短時(shí)間內(nèi)輸出大電流時(shí)，電池電壓會(huì)暫時(shí)性下降。兩相升壓轉(zhuǎn)換器非常適合這種工作場(chǎng)景，由于具備移相特性，能從電池獲取更連續(xù)的電流。

采用LT8349方案的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在于：即便在低負(fù)載電流條件下，也能實(shí)現(xiàn)極高的效率。為了在這種工作模式下達(dá)到最佳能效，當(dāng)負(fù)載較低時(shí)可關(guān)閉其中一相。低負(fù)載電流下電池本身不會(huì)承受過(guò)大應(yīng)力，電路可單相工作；而當(dāng)需要數(shù)安培的高負(fù)載電流時(shí)，第二相會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，充分發(fā)揮兩相工作的所有優(yōu)勢(shì)。這種在低負(fù)載運(yùn)行時(shí)關(guān)閉某一相的功能稱為“相位切除”。

圖3中的示例電路可將2.5 V電源電壓轉(zhuǎn)換為6 V輸出電壓。在3 A負(fù)載電流下，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)92%；即使負(fù)載電流僅為2 mA時(shí)，實(shí)測(cè)效率仍能達(dá)到90%。

升壓轉(zhuǎn)換器有一些特殊的工作方式。兩相工作在效率方面具有優(yōu)勢(shì)，在高負(fù)載電流和低負(fù)載電流條件下均是如此。而一款經(jīng)過(guò)專門(mén)適配的集成電路，能讓這種特殊的工作方式變得非常容易實(shí)現(xiàn)。