【導讀】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，以滿足各類負載的供電需求。傳統(tǒng)的單相升壓拓撲雖然結(jié)構簡單，但對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)換器應運而生。通過采用多通道并聯(lián)與相位交錯控制技術，多相方案不僅顯著降低了對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，并在寬負載范圍內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的動態(tài)響應能力。本文將圍繞多相升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理、核心優(yōu)勢及其在實際應用中的表現(xiàn)進行深入探討。
基于升壓原理的開關電源能夠?qū)⒌碗妷恨D(zhuǎn)換為更高電壓。為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換，可采用如圖1所示的標準升壓拓撲。這種拓撲能夠確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。為順利完成這項任務，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。
若要降低對輸出電容的高要求，建議設計多相升壓轉(zhuǎn)換器。在多相方案中，兩個升壓穩(wěn)壓器并聯(lián)工作并連接至同一輸出電容；兩個通道采用180°的時間滯后進行控制，其電路圖如圖2所示。此時，輸出電容C2在一個周期內(nèi)會兩次獲得能量，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電容的容量僅需原來的一半左右。
圖1.一種簡單的升壓轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構。
多相升壓穩(wěn)壓器的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在輸出電容方面，在輸入電容相關方面也有所體現(xiàn)。在輸入端，升壓穩(wěn)壓器不會產(chǎn)生脈沖電流，因為電感會限制電流的上升和下降。然而，如圖2所示，兩個移相電感線圈也能限制輸入電流的波動，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)換器拓撲結(jié)構，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路徑，每個元件的峰值電流會降低，從而提升效率。
圖3展示了一個采用集成電路LT8349的實際應用方案。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)定電池電壓而設計；當電池在短時間內(nèi)輸出大電流時，電池電壓會暫時性下降。兩相升壓轉(zhuǎn)換器非常適合這種工作場景，由于具備移相特性，能從電池獲取更連續(xù)的電流。
采用LT8349方案的另一項優(yōu)勢在于：即便在低負載電流條件下，也能實現(xiàn)極高的效率。為了在這種工作模式下達到最佳能效，當負載較低時可關閉其中一相。低負載電流下電池本身不會承受過大應力，電路可單相工作；而當需要數(shù)安培的高負載電流時，第二相會自動開啟，充分發(fā)揮兩相工作的所有優(yōu)勢。這種在低負載運行時關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際應用（簡化示意圖）。
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負載電流下，轉(zhuǎn)換效率可達92%；即使負載電流僅為2 mA時，實測效率仍能達到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。尤其在高負載與輕負載工況下，借助如LT8349等專用集成電路實現(xiàn)的“相位切除”功能，系統(tǒng)能夠在不同工作狀態(tài)下自動優(yōu)化運行模式，兼顧高效能與低應力。這種靈活且高效的架構特別適用于電池供電等對能量利用率和穩(wěn)定性要求嚴苛的應用場景。
