作者：Frederik Dostal，電源管理專家

摘要

當系統需要的電壓高於可用電壓時，升壓轉換器是滿足這一需求的理想選擇。然而，經典的标準升壓拓撲結構並非唯一方案。一種更優的解決方案或許是移相多相升壓轉換器。這類轉換器在高負載工況下效率更高，同時能降低輸入及輸出電容值。

引言

基於升壓原理的開關電源能夠将低電壓轉換爲更高電壓。爲實現這一轉換，可採用如圖1所示的标準升壓拓撲。這種拓撲能夠確保輸出端從電感獲得脈沖電流。不過，電壓轉換器需要穩定的輸出電壓，這使得輸出電容C2的作用至關重要，它必須将脈沖電流轉化爲穩定的固定輸出電壓。爲順利完成這項任務，升壓穩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電阻(ESR)、寄生電阻、等效串聯電感(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換器。在多相方案中，兩個升壓穩壓器並聯工作並連接至同一輸出電容；兩個通道採用180°的時間滞後進行控制，其電路圖如圖2所示。此時，輸出電容C2在一個周期内會兩次獲得能量，分别來自電感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換器拓撲結構。

多相升壓穩壓器的優勢不僅體現在輸出電容方面，在輸入電容相關方面也有所體現。在輸入端，升壓穩壓器不會産生脈沖電流，因爲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2.一種兩相升壓轉換器拓撲結構，通過兩條路徑分配功率以提升轉換效率。

多相升壓轉換器還能提高轉換效率。通過将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展示瞭一個採用集成電路LT8349的實際應用方案。這是一款兩相同步升壓轉換器，其電壓範圍專爲提升或穩定電池電壓而設計；當電池在短時間内輸出大電流時，電池電壓會暫時性下降。兩相升壓轉換器非常适合這種工作場景，由於具備移相特性，能從電池獲取更連續的電流。

採用LT8349方案的另一項優勢在於：即便在低負載電流條件下，也能實現極高的效率。爲瞭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；而當需要數安培的高負載電流時，第二相會自動開啓，充分發揮兩相工作的所有優勢。這種在低負載運行時關閉某一相的功能稱爲“相位切除”。

圖3.兩相升壓轉換器提升電池電壓的實際應用（簡化示意圖）。

圖3中的示例電路可将2.5 V電源電壓轉換爲6 V輸出電壓。在3 A負載電流下，轉換效率可達92%；即使負載電流僅爲2 mA時，實測效率仍能達到90%。

結語

升壓轉換器有一些特殊的工作方式。兩相工作在效率方面具有優勢，在高負載電流和低負載電流條件下均是如此。而一款經過專門适配的集成電路，能讓這種特殊的工作方式變得非常容易實現。