【導讀】在現代電子系統中，升壓轉換器被廣泛用于將低電壓電源提升至更高的穩定輸出電壓，以滿足各類負載的供電需求。傳統的單相升壓拓撲雖然結構簡單，但對輸出電容的性能要求較高，需具備大容量及低寄生參數以有效濾除脈沖電流帶來的電壓紋波。為突破這一限制，多相升壓轉換器應運而生。通過采用多通道并聯與相位交錯控制技術，多相方案不僅顯著降低了對輸出和輸入電容的依賴，還有效減小了電流紋波、提升了轉換效率，并在寬負載范圍內展現出優異的動態響應能力。本文將圍繞多相升壓轉換器的工作原理、核心優勢及其在實際應用中的表現進行深入探討。
基于升壓原理的開關電源能夠將低電壓轉換為更高電壓。為實現這一轉換，可采用如圖1所示的標準升壓拓撲。這種拓撲能夠確保輸出端從電感獲得脈沖電流。不過，電壓轉換器需要穩定的輸出電壓，這使得輸出電容C2的作用至關重要，它必須將脈沖電流轉化為穩定的固定輸出電壓。為順利完成這項任務，升壓穩壓器中的輸出電容通常需要具備較大容量，例如較高的電容值；同時還須盡可能降低等效串聯電阻(ESR)、寄生電阻、等效串聯電感(ESL)、寄生電感。
若要降低對輸出電容的高要求，建議設計多相升壓轉換器。在多相方案中，兩個升壓穩壓器并聯工作并連接至同一輸出電容；兩個通道采用180°的時間滯后進行控制，其電路圖如圖2所示。此時，輸出電容C2在一個周期內會兩次獲得能量，分別來自電感L1和電感L2。若要獲得與圖1電路相似的電壓紋波，C2電容的容量僅需原來的一半左右。
圖1.一種簡單的升壓轉換器拓撲結構。
多相升壓穩壓器的優勢不僅體現在輸出電容方面，在輸入電容相關方面也有所體現。在輸入端，升壓穩壓器不會產生脈沖電流，因為電感會限制電流的上升和下降。然而，如圖2所示，兩個移相電感線圈也能限制輸入電流的波動，因而輸入電容C1的尺寸同樣可以減小。
圖2.一種兩相升壓轉換器拓撲結構，通過兩條路徑分配功率以提升轉換效率。
多相升壓轉換器還能提高轉換效率。通過將功率分配到多個路徑，每個元件的峰值電流會降低，從而提升效率。
圖3展示了一個采用集成電路LT8349的實際應用方案。這是一款兩相同步升壓轉換器，其電壓范圍專為提升或穩定電池電壓而設計；當電池在短時間內輸出大電流時，電池電壓會暫時性下降。兩相升壓轉換器非常適合這種工作場景，由于具備移相特性，能從電池獲取更連續的電流。
采用LT8349方案的另一項優勢在于：即便在低負載電流條件下，也能實現極高的效率。為了在這種工作模式下達到最佳能效，當負載較低時可關閉其中一相。低負載電流下電池本身不會承受過大應力，電路可單相工作；而當需要數安培的高負載電流時，第二相會自動開啟，充分發揮兩相工作的所有優勢。這種在低負載運行時關閉某一相的功能稱為“相位切除”。
圖3.兩相升壓轉換器提升電池電壓的實際應用（簡化示意圖）。
圖3中的示例電路可將2.5 V電源電壓轉換為6 V輸出電壓。在3 A負載電流下，轉換效率可達92%；即使負載電流僅為2 mA時，實測效率仍能達到90%。
多相升壓轉換器通過功率路徑的合理分配與相位交錯控制，在降低輸出/輸入電容要求、抑制電流紋波以及提升整體轉換效率等方面展現出顯著優勢。尤其在高負載與輕負載工況下，借助如LT8349等專用集成電路實現的“相位切除”功能，系統能夠在不同工作狀態下自動優化運行模式，兼顧高效能與低應力。這種靈活且高效的架構特別適用于電池供電等對能量利用率和穩定性要求嚴苛的應用場景。
