車載音頻電源的多相升壓處理方案

車載音頻放大器通常使用升壓轉換器來生成18V～28V（或更高）的電池輸出電壓。在這些100W及100W以上的高功耗使用中，需要大升壓電感、多個級別的輸出電容器、并行MOSFET及二極管。將功率級分成多個并行相位減少了許多功率組件的應力，加速了對負載變化（如那些重低音音符）的應和，并提高了系統效率。

找到一款能夠用于2相升壓轉換器的脈寬調制控制器（PWM）相對較容易。大多數雙通道交錯式離線控制器或推挽式控制器均可用于筆直異相地驅動兩個升壓MOSFET。但是，在4相處理方案中，控制器的選擇范圍更加有限。幸運的是，可以輕松地對一些多相降壓控制器進行改裝，以在4相升壓轉換器中使用。

圖1顯示了一款使用了TI的TPS40090多相降壓控制器的4相、300W升壓電源，該轉換器設計旨在解決一般會出今朝音頻使用中的500W峰值猝發。通常，在多相降壓結構中，該控制器通過感應輸出電感中的均勻電流來平衡每一相位的電力。相反，在一個多相升壓結構中，對電流的感應是在安裝于每一個FET源極上的電阻器中進行的。通過在每一個FET中平衡峰值電流，多相控制器在所有升壓相位中平均地分配電力。來自控制器的柵極驅動信號為邏輯電平，因此每一個相位都要求具有一個MOSFET驅動器。本設計中，可以使用一個雙通道MOSFET驅動器（例如：UCC27324）來減少組件的數量。

圖1針對車載音頻放大器的300W、4相升壓轉換器

通過對每一個相位施加一個流限，多相控制器則可以保護控制器免于受到過載條件的損害。音頻使用具有比均勻輸出功率要高很多的短暫峰值功率需求。非得將流限設置得足夠高，以滿足這些峰值功率要求。外部欠壓鎖定（UVLO）電路還提供了另一層級的保護，其可戒備系統在低電池電壓狀態下運行。當電池電壓下降時，升壓電源將試圖提供盡量多的輸入電流，這樣會導致電池電量耗盡時電池電壓的急劇下降。這種情況會使電池受到損壞，最壞的情況甚至會使電池報廢。簡單且低成本的UVLO電路由一個參考電路、一個雙通道比較器和若干個電阻組成。

本設計中，四個相位均以500kHz進行切換，并且分別為90度同步。圖2顯示了所有四個相位的漏－源電壓波形。來自每一個相位的紋波電流在輸入端和輸出端進行求和，同時它們在輸入端和輸出端部分地互相抵消。這就同時減少了輸入和輸出電容器的AC紋波電流。另外，綜合紋波電流為2MHz時，相位頻率則是單個相位頻率的四倍。由于更低的紋波電流以及更高的頻率，與單相處理方案相比，輸入和輸出電容量在多相處理方案中要小得多。更高效的開關頻率還準許轉換器更為快速地對負載電流的變化做出應和。

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