便攜式應用中的多相同步升壓型轉換器解決方案

引言
在電池供電型和負載點升壓型轉換器應用中，不斷增長的電流需求給實現高效率和低輸出紋波并同時保持電路外形尺寸的小巧提出了更高的要求。一種理想的解決方案是采用多相控制電路。多相轉換器交替使用并行功率級的時鐘信號，因而能夠在不增加開關頻率的情況下減小輸出紋波電壓。輸入和輸出電容器的尺寸和成本因為紋波電流被消除的緣故而明顯減少。多相轉換器往往采用若干個更容易安裝在高密度PCB板上的纖巧扁平電感器，以取代體積龐大的單電感器。
由于電流均分和時鐘定時要求的緣故，多相控制電路的實現有可能復雜而且昂貴。本文所述的一種集成解決方案將所有的控制電路和電源開關都集成在一個IC中以簡化設計。除了討論多相同步升壓型轉換器的實現和優點之外，本文還將闡述升壓應用中最為常見的關注焦點，包括啟動過程中的涌入電流控制、轉換器關斷狀態下輸出負載與輸入電源的斷接以及短路保護。

多相同步升壓型轉換器概述
通過交替使用并行功率級的時鐘信號，多相技術可以減小電流和電壓紋波。例如，在一個四相轉換器中，當輸入電壓高于輸出電壓的1/4時，至少有一相將向負載輸送電流。對于較低的占空比，將有多個相位同時與負載相連。這使得流過輸出電容器的紋波電流大幅度減小。圖1比較了50% 占空比條件下采用單相和采用四相升壓型轉換器時的輸出電流波形。由圖可見，本例中的峰-峰紋波電流是采用單相升壓操作時的10% 左右，而頻率則高4倍。四相結構較低的紋波電流和較高的紋波頻率極大地降低了輸出電容的尺寸和成本。因為輸出電容器中的損耗等于ESR與RMS紋波電流的平方的乘積，較低的紋波電流提升了效率。較低的電感器峰值電流允許使用體積更小、成本更低的電感器。
本文以LTC3425四相同步升壓型轉換器為例來說明多相升壓型轉換器的工作原理。LTC3425采用了一種四相架構。驅動多個相位的時鐘脈沖信號間隔相等(相差90