使用多功能相位扩展器让升压转换器功率翻倍
设计多相位升压转换器时，困难处在于连接误差放大器的输出和相位控制器的回馈接脚，以确保实现平衡均流和正确的相位同步。...
设计多相位升压转换器时，困难处在于连接误差放大器的输出和相位控制器的回馈接脚，以确保实现平衡均流和正确的相位同步。多相位升压转换器相位扩展器可以和主控制器的开关元件共同工作，并检测其状态。
工程界普遍认为，当升压转换器必须提供高输出电压、在低输入电压下工作、提供高升压比或支援高负载电流时，需使用多相位功能。相较于单相位设计，多相位升压设计具有多项优势，包括：提高效率、改善瞬态回应，以及降低输入和输出电容值（因为电感涟波电流，以及输入和输出电容中的涟波电流降低），使得整个升压转换器动力系统组件上的热应力降低。
设计多相位升压转换器时，简单之处在于连接输入电源和输出电轨，以减小输入/输出滤波器的尺寸，并且降低其成本。难点则在于连接误差放大器的输出和相位控制器的回馈接脚，以确保实现平衡均流和正确的相位同步。这两种讯号对杂讯极其敏感，即使採用非常精细的佈局，也会受到升压转换器应用中典型的尖峰电流和电压变化影响。一些升压控制器具备多相位功能，可以解决此问题，但很多都沒有。
对于沒有多相位电路的控制器，LT8551 多相位升压转换器相位扩展器可以和主控制器的开关元件共同工作，并检测其状态，以此解决该问题。LT8551可以复制其功能，测量主控制器的电感电流，并调整每一个附加相位中的电感电流。
LT8551提供高输入/输出电压（高达80 V），能够建构高功率升压转换器（包括提供双向电流的转换器），因此非常适合汽车和工业应用。
转换器的功能
图1和图2显示基于LT8551相位扩展器的完整解决方案。为了说明其功能，这里将该相位扩展器U1分为三个子电路：U1.1、U1.2和U1.3。介面U1.1与主控制器U2和任何外部讯号通讯。功率级U1.2和U1.3进行真实的功率转换，并管控MOSFET开关。图1和图2所示U1的这三个部分都整合在LT8551控制器中。
|
|
主控制器U2感测流经FB接脚的输出电压。它还透过将ITH接脚当做误差放大器的输出来完善峰值电流模式控制功能。所有高阻抗电路（关闭FB接脚）和杂讯敏感型元件（关闭ITH接脚）都紧邻U2，且不与外部元件连接。使用这种方法可以实现精小且防杂讯的佈局。
LT8551并未使用典型的回馈和误差放大器讯号来扩展相位，而是使用繁杂（但更坚固）的开关状态检测方案。子电路U1.1利用闸极驱动电压的可靠讯号BG和TG，以及主控制器的开关节点讯号 SW来管控由U1.2和U1.3驱动的动力系统构成的四个相位。控制器U1负责均衡所有相位（扩展器和主控制器）之间的电感电流。这是透过测量每一通道的输出电流来完成的（透过对应的电流检测ISPx、ISNx接脚，以及连接至U2的SENSE+和SENSE–的ISP和ISN埠）。 INTVCC和自启电压（BOOST）讯号也被纳入控制方程式。
图1和图2所示的原理图显示了最多具有五个相位的升压转换器的简化配置。LT8551可用于将几乎所有单相位升压控制器扩展至最多具有18个相位，且相应成倍增加其输出功率。在超过五个相位的配置中，一个LT8551作为主控制器，其他的LT8551控制器则作为从控制器。主控制器的CLK1讯号与主从控制器同步，CLK2讯号则定义后续相位的相位角度，最多可达18个独有角度。18个相位的限制不一定会限制通道的数量，如果通道可以共用相同的相位角度，那么电源相位的数量基本上也不受限制。
图1和图2所示的动力系统配置包括N通道功率MOSFET Q1至Q20、电感L1至L5，以及输入和输出滤波器。转换器的效率如图3所示，最大输出电流为30 A，输出电压 VOUT = 48 V，输入电压VIN = 24 V。负载电流应降低至低于VIN，以限制输入电流和热应力。负载电流降额曲缐如图4所示。LT8551包含内部电感电流平衡电路，在相位之间提供出色的均流，从+/-6%至+/-10%（最大值）。
|
|
为了降低两个控制器的热应力，尤其是在更高电压下，需使用辅助电源（AUX）。一种解决方案如LT8551的示意图所示。
图5所示为DC2896A-B评估电路图片，包含指定的主相位和扩展相位。扩展相位的热影像如图6所示。
|
|
结论
LT8551相位扩展器为电源设计人员提供灵活工具，透过扩展切换相位来建构高功率、高效率的升压转换器，直到达到所需的功率限值。高频率（高达1MHz）有助于最小化电源元件的尺寸，整合式栅极驱动器，以及精准的电感电流监测和均衡则可以防止出现饱和，并在板面均匀散热。
（本文作者Victor Khasiev为ADI资深应用工程师）