摘要

本文介紹了一款專為低壓大功率應用設計的單芯片兩相單輸出升壓轉(zhuǎn)換器。文中重點介紹了它所具備的多項提升性能與應用靈活性的特性。

引言

單芯片升壓轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒌洼斎腚妷恨D(zhuǎn)換為更高的輸出電壓，并且整體解決方案的尺寸十分緊湊。不過，當輸出功率需求增加時，電流水平和散熱需求也會相應提高。由于受到內(nèi)部開關的限制，這些需求往往難以得到滿足。因此，兩相升壓轉(zhuǎn)換器更加適合這類應用場景。

通過讓轉(zhuǎn)換器的開關動作以兩相交錯的方式運行，開關電流紋波可以有效降低一半。這樣不僅能夠減小電容和電感的尺寸，還能改善設備的熱性能。

LT8349是一款單芯片同步升壓轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置兩個以錯相方式切換的N溝道MOSFET功率級。這些功率開關的額定參數(shù)為8 V/6 A，采用固定開關頻率工作，頻率可在300 kHz至4 MHz之間設定，也能同步至外部時鐘。同步整流技術可在寬負載范圍內(nèi)提升效率，有效降低功率損耗與散熱需求；而Stage Shedding?技術與可選的Burst Mode®模式則有助于改善輕載條件下的效率表現(xiàn)。

如果應用場景要求控制電磁干擾(EMI)輻射，使用可選的擴頻頻率調(diào)制(SSFM)功能可將噪聲降至最低。

這款IC的輸入范圍為2.5 V至5.5 V，適用于電池供電設備，輸出電壓可設定至最高8 V。這款兩相轉(zhuǎn)換器采用1.9 mm×2.6 mm的小型WLCSP封裝，能夠最大限度減小整體設計的占用空間。

多相操作

LT8349采用固定頻率電流模式控制方案，可實現(xiàn)出色的線路與負載調(diào)節(jié)性能。雖然兩相架構(gòu)需配置兩個電感，但這款IC能將電流均勻分配至兩相，并使各相開關動作相差180°。這一設計可顯著降低電感峰值電流并減小輸出紋波。電感峰值電流由公式1確定。

其中，IOUT為平均負載電流，D為PWM占空比，?IL則為電感紋波電流。

高性能6 V/5 A電源

圖1展示了一個6 V升壓應用，其輸入電源為2.5 V至4.5 V。當輸入電壓為4.5 V且在RT引腳接入54.9 kΩ電阻來將開關頻率設定為2 MHz時，它可提供最大5 A的負載電流。

圖1.2.5 V至4.5 V輸入、6 V輸出的升壓轉(zhuǎn)換器

Stage Shedding

在重載條件下，LT8349作為兩相升壓轉(zhuǎn)換器工作。隨著負載電流減小，各相的電感峰值電流也隨之降低。當峰值電流降至約1.7 A的卸載閾值ISHED,DUAL時，Stage Shedding技術被激活，器件將從兩相升壓模式切換為單相升壓模式。在此工作模式下，第二相被關閉，第一相的電感峰值電流限值將提升至ISHED,SINGLE（由公式2確定）。

隨著負載進一步降低，可通過設置SYNC/MODE引腳，將這款IC設定為低IQ電流、低輸出紋波的突發(fā)模式，或固定頻率的強制連續(xù)模式(FCM)。Stage Shedding功能在圖2中進一步詳細說明，其中展示了突發(fā)模式和FCM模式下各相電感電流的特性。

當SYNC/MODE引腳連接至信號地(SGND)時，這款IC以突發(fā)模式工作，通過降低開關頻率來維持輸出調(diào)節(jié)電壓。這款IC將通過ISET引腳對峰值電流IBURST進行設定，進而輸出單脈沖電流。脈沖結(jié)束后立即進入休眠期，當輸出端無負載時，靜態(tài)電流僅為15 μA。

當SYNC/MODE引腳懸空時，這款IC在輕載條件下以FCM模式工作。在此模式下，電感電流允許變?yōu)樨撝?，使這款IC能夠在所有負載范圍內(nèi)按編程頻率進行切換。這一特性可確保開關諧波和EMI的一致性與可預測性，但代價是輕載效率有所降低。圖3展示了突發(fā)模式和FCM模式之間的效率對比。

圖2.負載電流從高到極低時LT8349工作情況的簡化示意圖。

圖3.效率及功率損耗與輸出電流的關系。

SSFM

對于EMI輻射要求嚴格的應用場景，LT8349提供了額外的資源來進一步降低噪聲。SSFM可以通過配置SYNC/MODE引腳來選擇，并且與突發(fā)模式和FCM操作兼容。當選擇SSFM時，內(nèi)部振蕩器頻率將在外部RT電阻的設定值與該值約25%的上浮范圍內(nèi)波動。圖4和圖5分別展示了符合CISPR 32 B類標準的傳導EMI和輻射EMI結(jié)果。

圖4.CISPR 32傳導EMI結(jié)果。

圖5.CISPR 32輻射EMI結(jié)果。

結(jié)語

相較于傳統(tǒng)的單相升壓轉(zhuǎn)換器，這款集成電路具備多項優(yōu)勢。它采用的兩相架構(gòu)與同步整流技術可實現(xiàn)更高的輸出功率，而且有助于效率提升、功耗降低與熱性能優(yōu)化，盡管采用雙電感配置，但仍保持緊湊的整體占位空間。Stage Shedding技術與突發(fā)模式可進一步提升輕載效率，而可選的SSFM功能則有助于降低EMI輻射。此外，LT8349還集成了輸出軟啟動與過壓鎖定保護功能，可防止下游元件因電壓過高而損壞。憑借諸多特性，這款IC非常適合應用于手持設備電源及工業(yè)電源等場景。