便攜式應(yīng)用中的多相同步升壓型轉(zhuǎn)換器解決方案

引言
在電池供電型和負(fù)載點(diǎn)升壓型轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，不斷增長(zhǎng)的電流需求給實(shí)現(xiàn)高效率和低輸出紋波并同時(shí)保持電路外形尺寸的小巧提出了更高的要求。一種理想的解決方案是采用多相控制電路。多相轉(zhuǎn)換器交替使用并行功率級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)，因而能夠在不增加開關(guān)頻率的情況下減小輸出紋波電壓。輸入和輸出電容器的尺寸和成本因?yàn)榧y波電流被消除的緣故而明顯減少。多相轉(zhuǎn)換器往往采用若干個(gè)更容易安裝在高密度PCB板上的纖巧扁平電感器，以取代體積龐大的單電感器。
由于電流均分和時(shí)鐘定時(shí)要求的緣故，多相控制電路的實(shí)現(xiàn)有可能復(fù)雜而且昂貴。本文所述的一種集成解決方案將所有的控制電路和電源開關(guān)都集成在一個(gè)IC中以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。除了討論多相同步升壓型轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)點(diǎn)之外，本文還將闡述升壓應(yīng)用中最為常見(jiàn)的關(guān)注焦點(diǎn)，包括啟動(dòng)過(guò)程中的涌入電流控制、轉(zhuǎn)換器關(guān)斷狀態(tài)下輸出負(fù)載與輸入電源的斷接以及短路保護(hù)。

多相同步升壓型轉(zhuǎn)換器概述
通過(guò)交替使用并行功率級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)，多相技術(shù)可以減小電流和電壓紋波。例如，在一個(gè)四相轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)輸入電壓高于輸出電壓的1/4時(shí)，至少有一相將向負(fù)載輸送電流。對(duì)于較低的占空比，將有多個(gè)相位同時(shí)與負(fù)載相連。這使得流過(guò)輸出電容器的紋波電流大幅度減小。圖1比較了50% 占空比條件下采用單相和采用四相升壓型轉(zhuǎn)換器時(shí)的輸出電流波形。由圖可見(jiàn)，本例中的峰-峰紋波電流是采用單相升壓操作時(shí)的10% 左右，而頻率則高4倍。四相結(jié)構(gòu)較低的紋波電流和較高的紋波頻率極大地降低了輸出電容的尺寸和成本。因?yàn)檩敵鲭娙萜髦械膿p耗等于ESR與RMS紋波電流的平方的乘積，較低的紋波電流提升了效率。較低的電感器峰值電流允許使用體積更小、成本更低的電感器。
本文以LTC3425四相同步升壓型轉(zhuǎn)換器為例來(lái)說(shuō)明多相升壓型轉(zhuǎn)換器的工作原理。LTC3425采用了一種四相架構(gòu)。驅(qū)動(dòng)多個(gè)相位的時(shí)鐘脈沖信號(hào)間隔相等(相差90