摘要

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(mǎn)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。

引言

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)洹＿@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。

圖1.一種簡(jiǎn)單的升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

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(xiàn)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2.一種兩相升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)兩條路徑分配功率以提升轉(zhuǎn)換效率。

多相升壓轉(zhuǎn)換器還能提高轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)將功率分配到多個(gè)路徑，每個(gè)元件的峰值電流會(huì)降低，從而提升效率。

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(zhuān)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(chēng)為“相位切除”。

圖3.兩相升壓轉(zhuǎn)換器提升電池電壓的實(shí)際應(yīng)用（簡(jiǎn)化示意圖）。

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%。

結(jié)語(yǔ)

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(zhuān)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)。

作者：Frederik Dostal，電源管理專(zhuān)家

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專(zhuān)家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶(hù)在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專(zhuān)家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。