將升壓轉(zhuǎn)換器的功率與多功能相位擴展器相倍增

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，需要多相功能。與單相設(shè)計相比，多相升壓設(shè)計具有許多優(yōu)勢，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（由于輸入和輸出電容器中的電感紋波電流和紋波電流減小），從而降低整個升壓轉(zhuǎn)換器動力傳動系組件上的熱應(yīng)力。

設(shè)計多相升壓轉(zhuǎn)換器的簡單部分是連接輸入電源和輸出軌，以減小輸入/輸出濾波器的尺寸和成本。困難的部分是連接誤差放大器的輸出和相位控制器的反饋引腳，以確保平衡的均流和正確的相位同步。這兩個信號對噪聲都非常敏感，即使布局非常仔細(xì)，也會受到升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中典型的急劇電流和電壓變化的影響。一些升壓控制器具有多相功能來解決這個問題，但許多沒有。

對于不包含多相電路的控制器，LT8551 多相升壓轉(zhuǎn)換器相位擴展器通過與主控制器的開關(guān)組件一起工作并檢測其狀態(tài)來解決此問題。LT8551 復(fù)制了其功能，測量主控制器電感器電流，并在每個增加的相位中調(diào)整電感器電流。

LT8551具有高輸入/輸出電壓（高達(dá)80 V）和能夠產(chǎn)生非常高功率升壓轉(zhuǎn)換器（包括具有雙向電流的轉(zhuǎn)換器），因此是汽車和工業(yè)應(yīng)用的絕佳選擇。

轉(zhuǎn)換器的功能

圖1和圖2顯示了一個完整的基于LT8551的擴相器解決方案。為了明確功能，擴相器U1分為三個子電路：U1.1、U1.2和U1.3。接口 U1.1 與主控制器 U2 和任何外部信號通信。功率級 U1.2 和 U1.3 實現(xiàn)實際功率轉(zhuǎn)換并控制 MOSFET 開關(guān)。圖1和圖1所示U2的所有三個部分均集成在LT8551控制器中。

圖1.LT8551 相位擴展器 U1.1 與主控制器 U2 的接口。該解決方案的四個附加（擴展）電源相位如圖2所示。

圖2.LT8551 電源部分 U1.2 和 U1.3 的電氣原理圖。LT8551與主升壓控制器的接口如圖1所示。五世在= 6 V至46 V，而V外= 48 V，30 A

主控制器 U2 通過其 FB 引腳檢測輸出電壓。它還通過其ITH引腳作為誤差放大器的輸出，完善了峰值電流模式控制的功能。所有高阻抗電路（FB引腳外）和噪聲敏感元件（ITH引腳外）都與U2相鄰，不連接到外部元件。這種方法可實現(xiàn)緊湊和隔音的布局。

LT8551 沒有使用典型的反饋和誤差放大器信號來擴展相位，而是實施了一種精心設(shè)計的（但更穩(wěn)健的）開關(guān)狀態(tài)檢測方案。子電路U1.1依靠柵極驅(qū)動電壓BG和TG的魯棒信號以及主控制器的開關(guān)節(jié)點信號SW來管理由U1.2和U1.3驅(qū)動的動力傳動系組成的四相。控制器 U1 在所有相位（擴展器和初級）之間平均平衡電感電流。這是通過相應(yīng)的電流檢測ISPx、ISNx引腳以及連接到U2的SENSE+和SENSE–的ISP和ISN端子測量每個通道的輸出電流來完成的。國際電視網(wǎng)抄送自舉電壓（BOOST）信號也被納入控制方程。

圖1和圖2中的原理圖顯示了具有多達(dá)五相的升壓轉(zhuǎn)換器的最低配置。LT8551 可用于將幾乎任何單相升壓控制器縱向擴展至多達(dá) 18 個獨特相位，并具有相應(yīng)的可用輸出功率倍增。在>5相配置中，一個LT8551是主設(shè)備，其他LT8551控制器充當(dāng)從機。主控制器的CLK1信號同步主控制器和從控制器，而CLK2信號定義后續(xù)相位的相位角，具有多達(dá)18個獨特的角度。18相限制不一定限制通道數(shù)量——如果允許通道共享相同的相位角，則電源相位數(shù)基本上是無限的。

圖 1 和圖 2 所示的動力傳動系配置包括 N 溝道功率 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V外= 48 V，輸入電壓V在= 24 V.負(fù)載電流應(yīng)降低到V以下在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 包括內(nèi)部電感器電流平衡電路，可在各相之間提供出色的均流（最大值為 ±6% 至 ±10%）。

圖3.V 時的轉(zhuǎn)換器效率在= 24 V，對流冷卻（無氣流）。

圖4.轉(zhuǎn)換器輸入電壓與負(fù)載電流降額的關(guān)系曲線

要減少兩個控制器上的熱應(yīng)力，尤其是在較高電壓下，請使用輔助電源 （AUX）。一種解決方案可以在LT8551的原理圖中找到。

DC2896A-B評估電路的照片如圖5所示，具有指定的初級相位和擴展相位。擴展相的熱圖像如圖6所示。

圖5.基于 LT8551 的演示電路 DC2896A-B。

圖6.基于LT8551的演示電路熱圖像，具有對流冷卻（無氣流）。V在= 24 V， V外= 48 V，25 A

結(jié)論

LT8551 相位擴展器為電源設(shè)計人員提供了一種靈活的工具，通過擴展開關(guān)相位直到達(dá)到所需的功率限值，構(gòu)建高功率、高效率升壓轉(zhuǎn)換器。高頻（高達(dá) 1 MHz）有助于最大限度地減小功率元件的尺寸，集成柵極驅(qū)動器以及精確的電感電流監(jiān)控和平衡有助于防止飽和并將熱量均勻地分布在電路板表面。

審核編輯：郭婷