将升压转换器的功率与多功能相位扩展器相倍增

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，需要多相功能。与单相设计相比，多相升压设计具有许多优势，包括：提高效率、改善瞬态响应以及降低输入和输出电容值（由于输入和输出电容器中的电感纹波电流和纹波电流减小），从而降低整个升压转换器动力传动系组件上的热应力。

设计多相升压转换器的简单部分是连接输入电源和输出轨，以减小输入/输出滤波器的尺寸和成本。困难的部分是连接误差放大器的输出和相位控制器的反馈引脚，以确保平衡的均流和正确的相位同步。这两个信号对噪声都非常敏感，即使布局非常仔细，也会受到升压转换器应用中典型的急剧电流和电压变化的影响。一些升压控制器具有多相功能来解决这个问题，但许多没有。

对于不包含多相电路的控制器，LT8551 多相升压转换器相位扩展器通过与主控制器的开关组件一起工作并检测其状态来解决此问题。LT8551 复制了其功能，测量主控制器电感器电流，并在每个增加的相位中调整电感器电流。

LT8551具有高输入/输出电压（高达80 V）和能够产生非常高功率升压转换器（包括具有双向电流的转换器），因此是汽车和工业应用的绝佳选择。

转换器的功能

图1和图2显示了一个完整的基于LT8551的扩相器解决方案。为了明确功能，扩相器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 实现实际功率转换并控制 MOSFET 开关。图1和图1所示U2的所有三个部分均集成在LT8551控制器中。

图1.LT8551 相位扩展器 U1.1 与主控制器 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 的电气原理图。LT8551与主升压控制器的接口如图1所示。五世在= 6 V至46 V，而V外= 48 V，30 A

主控制器 U2 通过其 FB 引脚检测输出电压。它还通过其ITH引脚作为误差放大器的输出，完善了峰值电流模式控制的功能。所有高阻抗电路（FB引脚外）和噪声敏感元件（ITH引脚外）都与U2相邻，不连接到外部元件。这种方法可实现紧凑和隔音的布局。

LT8551 没有使用典型的反馈和误差放大器信号来扩展相位，而是实施了一种精心设计的（但更稳健的）开关状态检测方案。子电路U1.1依靠栅极驱动电压BG和TG的鲁棒信号以及主控制器的开关节点信号SW来管理由U1.2和U1.3驱动的动力传动系组成的四相。控制器 U1 在所有相位（扩展器和初级）之间平均平衡电感电流。这是通过相应的电流检测ISPx、ISNx引脚以及连接到U2的SENSE+和SENSE–的ISP和ISN端子测量每个通道的输出电流来完成的。国际电视网抄送自举电压（BOOST）信号也被纳入控制方程。

图1和图2中的原理图显示了具有多达五相的升压转换器的最低配置。LT8551 可用于将几乎任何单相升压控制器纵向扩展至多达 18 个独特相位，并具有相应的可用输出功率倍增。在>5相配置中，一个LT8551是主设备，其他LT8551控制器充当从机。主控制器的CLK1信号同步主控制器和从控制器，而CLK2信号定义后续相位的相位角，具有多达18个独特的角度。18相限制不一定限制通道数量——如果允许通道共享相同的相位角，则电源相位数基本上是无限的。

图 1 和图 2 所示的动力传动系配置包括 N 沟道功率 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V外= 48 V，输入电压V在= 24 V.负载电流应降低到V以下在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 包括内部电感器电流平衡电路，可在各相之间提供出色的均流（最大值为 ±6% 至 ±10%）。

图3.V 时的转换器效率在= 24 V，对流冷却（无气流）。

图4.转换器输入电压与负载电流降额的关系曲线

要减少两个控制器上的热应力，尤其是在较高电压下，请使用辅助电源 （AUX）。一种解决方案可以在LT8551的原理图中找到。

DC2896A-B评估电路的照片如图5所示，具有指定的初级相位和扩展相位。扩展相的热图像如图6所示。

图5.基于 LT8551 的演示电路 DC2896A-B。

图6.基于LT8551的演示电路热图像，具有对流冷却（无气流）。V在= 24 V， V外= 48 V，25 A

结论

LT8551 相位扩展器为电源设计人员提供了一种灵活的工具，通过扩展开关相位直到达到所需的功率限值，构建高功率、高效率升压转换器。高频（高达 1 MHz）有助于最大限度地减小功率元件的尺寸，集成栅极驱动器以及精确的电感电流监控和平衡有助于防止饱和并将热量均匀地分布在电路板表面。

审核编辑：郭婷