【導(dǎo)讀】工程界普遍認(rèn)為，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器必須提供高輸出電壓、在低輸入電壓下工作、提供高升壓比或支持高負(fù)載電流時(shí)，需使用多相位功能。相比單相位設(shè)計(jì)，多相位升壓設(shè)計(jì)有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括：提高效率、改善瞬態(tài)響應(yīng)，以及降低輸入和輸出電容值（因?yàn)殡姼屑y波電流，以及輸入和輸出電容中的紋波電流降低），使得整個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器動(dòng)力系統(tǒng)組件上的熱應(yīng)力降低。
設(shè)計(jì)多相位升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，簡單之處在于連接輸入電源和輸出電軌，以減小輸入/輸出濾波器的尺寸，并且降低其成本。難點(diǎn)則在于連接誤差放大器的輸出和相位控制器的反饋引腳，以確保實(shí)現(xiàn)平衡均流和正確的相位同步。這兩種信號(hào)對(duì)噪聲極其敏感，即使采用非常精細(xì)的布局，也會(huì)受到升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中典型的尖峰電流和電壓變化影響。一些升壓控制器具備多相位功能，可以解決此問題，但很多都沒有。
對(duì)于沒有多相位電路的控制器，LT8551 多相位升壓轉(zhuǎn)換器相位擴(kuò)展器可以和主控制器的開關(guān)組件一同工作，并檢測其狀態(tài)，以此解決該問題。LT8551可以復(fù)制其功能，測量主控制器的電感電流，并調(diào)整每個(gè)附加相位中的電感電流。
LT8551提供高輸入/輸出電壓（高達(dá)80 V），能夠構(gòu)建高功率升壓轉(zhuǎn)換器（包括提供雙向電流的轉(zhuǎn)換器），因此非常適合汽車和工業(yè)應(yīng)用。
轉(zhuǎn)換器的功能
圖1和圖2顯示基于LT8551相位擴(kuò)展器的完整解決方案。為了說明其功能，將該相位擴(kuò)展器U1分為三個(gè)子電路：U1.1、U1.2和U1.3。接口U1.1與主控制器U2和任何外部信號(hào)通信。功率級(jí)U1.2和U1.3實(shí)施真實(shí)的功率轉(zhuǎn)換，并管控MOSFET開關(guān)。圖1和圖2所示U1的這三個(gè)部分都集成在LT8551控制器中。
圖1. LT8551相位擴(kuò)展器U1.1連接至主控制器U2的接口。該解決方案的四個(gè)附加（擴(kuò)展）電源相位如圖2所示。
圖2. LT8551電源部分U1.2和U1.3的電路原理圖。LT8551連接至主升壓控制器的接口如圖1所示。VIN = 6 V 至 46 V， VOUT = 48 V （30 A時(shí)）。
主控制器U2檢測流經(jīng)FB引腳的輸出電壓。它還通過將ITH引腳當(dāng)做誤差放大器的輸出來完善峰值電流模式控制功能。所有高阻抗電路（關(guān)閉FB引腳）和噪聲敏感型組件（關(guān)閉ITH引腳）都緊鄰U2，且不與外部組件連接。使用這種方法，可以實(shí)現(xiàn)緊湊且防噪聲的布局。
LT8551并未使用典型的反饋和誤差放大器信號(hào)來擴(kuò)展相位，而是使用繁雜（但更堅(jiān)固）的開關(guān)狀態(tài)檢測方案。子電路U1.1利用柵極驅(qū)動(dòng)電壓的可靠信號(hào)BG和TG，以及主控制器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)信號(hào) SW來管控由U1.2和U1.3驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成的四個(gè)相位?？刂破鱑1負(fù)責(zé)均衡所有相位（擴(kuò)展器和主控制器）之間的電感電流。這是通過測量每個(gè)通道的輸出電流來完成的（通過對(duì)應(yīng)的電流 檢測ISPx、ISNx引腳，以及連接至U2的SENSE+和SENSE–的ISP和ISN端口）。INTVCC和自舉電壓(BOOST)信號(hào)也被納入控制方程。
圖1和圖2所示的原理圖顯示了最多具有五個(gè)相位的升壓轉(zhuǎn)換器的簡化配置。LT8551可用于將幾乎所有單相位升壓控制器擴(kuò)展至最多具有18個(gè)相位，且相應(yīng)成倍增加其輸出功率。在超過五個(gè) 相位的配置中，一個(gè)LT8551作為主控制器，其他的LT8551控制器則作為從控制器。主控制器的CLK1信號(hào)與主從控制器同步，CLK2信號(hào)則定義后續(xù)相位的相位角度，最多可達(dá)18個(gè)獨(dú)有角度。18個(gè)相位的限制不一定會(huì)限制通道的數(shù)量，如果通道可以共用相同的相位角度，那么電源相位的數(shù)量也基本不受限制。
圖1和圖2所示的動(dòng)力系統(tǒng)配置包括N通道功率MOSFET Q1至Q20、電感L1至L5，以及輸入和輸出濾波器。轉(zhuǎn)換器的效率如圖3所示，最大輸出電流為30 A，輸出電壓 VOUT = 48 VV，輸入電壓VIN = 24 V。負(fù)載電流應(yīng)降低至低于VIN，以限制輸入電流和熱應(yīng)力。負(fù)載電流降額曲線如圖4所示。LT8551包含內(nèi)部電感電流平衡電路，在相位之間提供出色的均流，從±6%至±10%（最大值）。
圖3. 在對(duì)流冷卻（無空氣流動(dòng)）情況下，VIN = 24 V時(shí)的轉(zhuǎn)換器效率。
圖4. 轉(zhuǎn)換器輸入電壓與負(fù)載電流降額曲線。
為了降低兩個(gè)控制器的熱應(yīng)力，尤其是在更高電壓下，需使用輔助電源(AUX)。一種解決方案如LT8551的示意圖所示。
圖5所示為DC2896A-B評(píng)估電路圖片，包含指定的主相位和擴(kuò)展相位。擴(kuò)展相位的熱影像如圖6所示。
圖5. 基于LT8551的演示電路DC2896A-B。
圖6. 在對(duì)流冷卻（無空氣流動(dòng)）情況下，基于LT8551的演示電路的熱影像。25 A時(shí)， VIN = 24 V, VOUT = 48 V 。
結(jié)論
LT8551相位擴(kuò)展器為電源設(shè)計(jì)人員提供靈活工具，通過擴(kuò)展開關(guān)相位來構(gòu)建高功率、高效率的升壓轉(zhuǎn)換器，直到達(dá)到所需的功率限值。高頻率（高達(dá)1MHz）有助于最小化電源組件的尺寸，集成式柵極驅(qū)動(dòng)器，以及精確的電感電流監(jiān)測和均衡則可以防止出現(xiàn)飽和，并在板表面均勻散熱。
推薦閱讀：
