如何使用多相升压转换器

摘要

当系统需要的电压高于可用电压时，升压转换器是满足这一需求的理想选择。然而，经典的标准升压拓扑结构并非唯一方案。一种更优的解决方案或许是移相多相升压转换器。这类转换器在高负载工况下效率更高，同时能降低输入及输出电容值。

引言

基于升压原理的开关电源能够将低电压转换为更高电压。为实现这一转换，可采用如图1所示的标准升压拓扑。这种拓扑能够确保输出端从电感获得脉冲电流。不过，电压转换器需要稳定的输出电压，这使得输出电容C2的作用至关重要，它必须将脉冲电流转化为稳定的固定输出电压。为顺利完成这项任务，升压稳压器中的输出电容通常需要具备较大容量，例如较高的电容值；同时还须尽可能降低等效串联电阻(ESR)、寄生电阻、等效串联电感(ESL)、寄生电感。

若要降低对输出电容的高要求，建议设计多相升压转换器。在多相方案中，两个升压稳压器并联工作并连接至同一输出电容；两个通道采用180°的时间滞后进行控制，其电路图如图2所示。此时，输出电容C2在一个周期内会两次获得能量，分别来自电感L1和电感L2。若要获得与图1电路相似的电压纹波，C2电容的容量仅需原来的一半左右。

图1.一种简单的升压转换器拓扑结构。

多相升压稳压器的优势不仅体现在输出电容方面，在输入电容相关方面也有所体现。在输入端，升压稳压器不会产生脉冲电流，因为电感会限制电流的上升和下降。然而，如图2所示，两个移相电感线圈也能限制输入电流的波动，因而输入电容C1的尺寸同样可以减小。

图2.一种两相升压转换器拓扑结构，通过两条路径分配功率以提升转换效率。

多相升压转换器还能提高转换效率。通过将功率分配到多个路径，每个元件的峰值电流会降低，从而提升效率。

图3展示了一个采用集成电路LT8349的实际应用方案。这是一款两相同步升压转换器，其电压范围专为提升或稳定电池电压而设计；当电池在短时间内输出大电流时，电池电压会暂时性下降。两相升压转换器非常适合这种工作场景，由于具备移相特性，能从电池获取更连续的电流。

采用LT8349方案的另一项优势在于：即便在低负载电流条件下，也能实现极高的效率。为了在这种工作模式下达到最佳能效，当负载较低时可关闭其中一相。低负载电流下电池本身不会承受过大应力，电路可单相工作；而当需要数安培的高负载电流时，第二相会自动开启，充分发挥两相工作的所有优势。这种在低负载运行时关闭某一相的功能称为“相位切除”。

图3.两相升压转换器提升电池电压的实际应用（简化示意图）。

图3中的示例电路可将2.5 V电源电压转换为6 V输出电压。在3 A负载电流下，转换效率可达92%；即使负载电流仅为2 mA时，实测效率仍能达到90%。

结语

升压转换器有一些特殊的工作方式。两相工作在效率方面具有优势，在高负载电流和低负载电流条件下均是如此。而一款经过专门适配的集成电路，能让这种特殊的工作方式变得非常容易实现。