【導(dǎo)讀】在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，升壓轉(zhuǎn)換器被廣泛用于將低電壓電源提升至更高的穩(wěn)定輸出電壓，以滿足各類負(fù)載的供電需求。傳統(tǒng)的單相升壓拓?fù)潆m然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)輸出電容的性能要求較高，需具備大容量及低寄生參數(shù)以有效濾除脈沖電流帶來的電壓紋波。為突破這一限制，多相升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)運(yùn)而生。通過采用多通道并聯(lián)與相位交錯(cuò)控制技術(shù)，多相方案不僅顯著降低了對(duì)輸出和輸入電容的依賴，還有效減小了電流紋波、提升了轉(zhuǎn)換效率，并在寬負(fù)載范圍內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。本文將圍繞多相升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理、核心優(yōu)勢(shì)及其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)進(jìn)行深入探討。
基于升壓原理的開關(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，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3.兩相升壓轉(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%。
多相升壓轉(zhuǎn)換器通過功率路徑的合理分配與相位交錯(cuò)控制，在降低輸出/輸入電容要求、抑制電流紋波以及提升整體轉(zhuǎn)換效率等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。尤其在高負(fù)載與輕負(fù)載工況下，借助如LT8349等專用集成電路實(shí)現(xiàn)的“相位切除”功能，系統(tǒng)能夠在不同工作狀態(tài)下自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行模式，兼顧高效能與低應(yīng)力。這種靈活且高效的架構(gòu)特別適用于電池供電等對(duì)能量利用率和穩(wěn)定性要求嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)景。
