升压转换器的功率翻倍提高，这是怎么做到的？

2023-5-21 19:09| 发布者: 开心| 查看: 30| 评论: 0

摘要: {本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}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、提供高升压比或支持高负载电流时，需使用多相位功能。相比单相位设计，多相位升压设计有多项优势，包括：提高效率、改善瞬态响应，以 ...

{本文由家电维修技术论坛小编收集整理资料}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、提供高升压比或支持高负载电流时，需使用多相位功能。相比单相位设计，多相位升压设计有多项优势，包括：提高效率、改善瞬态响应，以及降低输入和输出电容值（因为电感纹波电流，以及输入和输出电容中的纹波电流降低），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反馈引脚，以确保实现平衡均流和正确的相位同步。这两种信号对噪声极其敏感，即使采用非常精细的布局，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，但很多都没有。对于没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组件一同工作，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），能够构建高功率升压转换器（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，将该相位扩展器U1分为三个子电路：U1.1、U1.2和U1.3。接口U1.1与主控制器U2和任何外部信号通信。功率级U1.2和U1.3实施真实的功率转换，并管控MOSFET开关。图1和图2所示U1的这三个部分都集成在LT8551控制器中。

图1. LT8551相位扩展器U1.1连接至主控制器U2的接口。该解决方案的四个附加（扩展）电源相位如图2所示。

图2. LT8551电源部分U1.2和U1.3的电路原理图。LT8551连接至主升压控制器的接口如图1所示。VIN = 6 V 至 46 V， VOUT = 48 V （30 A时）。主控制器U2检测流经FB引脚的输出电压。它还通过将ITH引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引脚）和噪声敏感型组件（关闭ITH引脚）都紧邻U2，且不与外部组件连接。使用这种方法，可以实现紧凑且防噪声的布局。 LT8551并未使用典型的反馈和误差放大器信号来扩展相位，而是使用繁杂（但更坚固）的开关状态检测方案。子电路U1.1利用栅极驱动电压的可靠信号BG和TG，以及主控制器的开关节点信号 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。这是通过测量每个通道的输出电流来完成的（通过对应的电流检测ISPx、ISNx引脚，以及连接至U2的SENSE+和SENSE–的ISP和ISN端口）。INTVCC和自举电压(BOOST)信号也被纳入控制方程。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信号与主从控制器同步，CLK2信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也基本不受限制。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 VV，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。负载电流降额曲线如图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）。

图3. 在对流冷却（无空气流动）情况下，VIN = 24 V时的转换器效率。

图4. 转换器输入电压与负载电流降额曲线。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。

图5. 基于LT8551的演示电路DC2896A-B。

图6. 在对流冷却（无空气流动）情况下，基于LT8551的演示电路的热影像。25 A时， VIN = 24 V, VOUT = 48 V 。结论 LT8551相位扩展器为电源设计人员提供灵活工具，通过扩展开关相位来构建高功率、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）有助于最小化电源组件的尺寸，集成式栅极驱动器，以及精确的电感电流监测和均衡则可以防止出现饱和，并在板表面均匀散热。  推荐阅读：如何选择汽车摄像头模块的电源开关电源组件的设计考虑因素如何调节低电压非隔离式电源如何调节低电压隔离式电源针对反向连接、浪涌钳位以及反向电流保护进行防御要采购转换器么，点这里了解一下价格!
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