如何利用兩個(gè)并聯(lián)的轉(zhuǎn)換器倍增最大負(fù)載電流

汽車設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和FireWire外圍設(shè)備都需要高效率、節(jié)省空間、能夠在高電壓下輸出大電流的電源。但問題是高電壓、大電流的單芯片降壓型轉(zhuǎn)換器并不能控制所需的負(fù)載電流。

一個(gè)解決方案是將兩個(gè)轉(zhuǎn)換器并聯(lián),使最大負(fù)載電流增大一倍。但是需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)配置的降壓型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行改進(jìn),以維持兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間的負(fù)載共享(分擔(dān))和穩(wěn)定性,減小輸入/輸出電壓的紋波。

圖1中給出了一個(gè)輸入電壓為8～40V、最大負(fù)載電流4A下輸出電壓為5V的DC-DC轉(zhuǎn)換器。它使用兩個(gè)并聯(lián)的LT3430 60V 3A(峰值開關(guān)電流)單芯個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器。電路采用具有擴(kuò)頻調(diào)制功能(SSFM)的多相振蕩器,使兩個(gè)轉(zhuǎn)換器能在高達(dá)250kHz的頻率上保持同步(180°相移)。圖2給出了圖1電路的效率。

由于200kHz的固定開關(guān)頻率在兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間會(huì)有微小的差異,所以同步是很重要的。如果允許兩個(gè)轉(zhuǎn)換器工作在不同的開關(guān)頻率,隨著時(shí)間的流逝,輸出紋波可能會(huì)攜帶某些不希望的低頻紋波,其頻率正好等于兩個(gè)轉(zhuǎn)換器頻率之差。

保持兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間有180°的相位差,就可以減小輸入/輸出紋波。一般情況下,一個(gè)IC電流增大時(shí),另一個(gè)IC的電流正在減小,這樣使它們的紋波電流互相抵消,從而減輕了對(duì)輸入輸出儲(chǔ)能電容的壓力。相反,如果兩個(gè)IC同相工作,兩個(gè)IC需要在每個(gè)周期中同時(shí)從電容器抽取電流或向電容器輸送電流,這會(huì)使電路紋波比單個(gè)IC增大一倍。

來自LTC6902的同步信號(hào)的SSFM模式設(shè)定在235kHz和250kHz之間,這可減少EMI峰值。在開關(guān)頻率固定在250kHz的情況下可看到這個(gè)效果。通過改變跳線器位置(將LTC6902的組件引線接地)就可以清除SSFM模式,將頻率設(shè)置到250kHz。

假設(shè)電路布局合理并且占空比在40%到60%之間,在4A負(fù)載電流的條件下,雙轉(zhuǎn)換器電路需要的電容容量只有單個(gè)IC電路的一半。在需要大范圍占空比的應(yīng)用中,雙IC電路的紋波比單個(gè)IC電路紋波的一半多一點(diǎn)。

在負(fù)載范圍比較寬的情況下,兼顧散熱和效率的最佳設(shè)置是使兩個(gè)IC均勻分擔(dān)負(fù)載。這可以通過將兩個(gè)誤差放大器的輸出端(VC腳)接在一起來實(shí)現(xiàn),以消除兩個(gè)誤差放大器之間的電壓差和反饋增益。另外,在電感和調(diào)節(jié)器增益容差范圍內(nèi),兩個(gè)IC可以一起工作。在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi),該設(shè)計(jì)中的兩個(gè)器件所分擔(dān)的電流近似相等。采用兩個(gè)獨(dú)立的2.5A、22μH功率電感比采用單個(gè)5A、10μH電感要好,這是因?yàn)閮蓚€(gè)電感的總體積比單個(gè)大電感的體積小2倍,這可以將元件高度降到最低。