【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(yīng)運(yùn)而生。通過采用多通道并聯(lián)與相位交錯控制技術(shù)，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(fù)載范圍內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)異的動態(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(shè)計(jì)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(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

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(guān)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?yàn)殡姼袝拗齐娏鞯纳仙拖陆?。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?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(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(xiàng)優(yōu)勢在于：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)載較低時可關(guān)閉其中一相。低負(fù)載電流下電池本身不會承受過大應(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，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(fù)載運(yùn)行時關(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，實(shí)測效率仍能達(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(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能量利用率和穩(wěn)定性要求嚴(yán)苛的應(yīng)用場景。