- 針對(duì)車載音頻電源的多相升壓解決方案
- 了解車載音頻放大器的 300W 、4 相升壓轉(zhuǎn)換器
- 采用TPS40090 多相升壓轉(zhuǎn)換器
車載音頻放大器通常使用升壓轉(zhuǎn)換器來生成 18 V～28 V（或更高）的電池輸出電壓。在這些 100W 及 100W 以上的高功耗應(yīng)用中，需要大升壓電感、多個(gè)級(jí)別的輸出電容器、并行 MOSFET 及二極管。將功率級(jí)分成多個(gè)并行相位減少了許多功率組件的應(yīng)力，加速了對(duì)負(fù)載變化（如那些重低音音符）的響應(yīng)，并提高了系統(tǒng)效率。
找到一款能夠用于 2 相升壓轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制控制器 (PWM) 相對(duì)較容易。大多數(shù)雙通道交錯(cuò)式離線控制器或推挽式控制器均可用于直接異相地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)升壓 MOSFET。但是，在 4 相解決方案中，控制器的選擇范圍更加有限。幸運(yùn)的是，可以輕松地對(duì)一些多相降壓控制器進(jìn)行改裝，以在 4 相升壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)旨在處理一般會(huì)出現(xiàn)在音頻應(yīng)用中的 500W 峰值猝發(fā)。通常，在多相降壓結(jié)構(gòu)中，該控制器通過感應(yīng)輸出電感中的平均電流來平衡每一相位的電力。相反，在一個(gè)多相升壓結(jié)構(gòu)中，對(duì)電流的感應(yīng)是在安裝于每一個(gè) FET 源極上的電阻器中進(jìn)行的。通過在每一個(gè) FET 中平衡峰值電流，多相控制器在所有升壓相位中均勻地分配電力。來自控制器的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)為邏輯電平，因此每一個(gè)相位都要求具有一個(gè) MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。本設(shè)計(jì)中，可以使用一個(gè)雙通道 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器（例如：UCC27324）來減少組件的數(shù)量。
圖1 針對(duì)車載音頻放大器的 300W 、4 相升壓轉(zhuǎn)換器
本設(shè)計(jì)中，四個(gè)相位均以 500 kHz 進(jìn)行切換，并且分別為 90 度同步。圖2 顯示了所有四個(gè)相位的漏－源電壓波形。來自每一個(gè)相位的紋波電流在輸入端和輸出端進(jìn)行求和，同時(shí)它們?cè)谳斎攵撕洼敵龆瞬糠值鼗ハ嗟窒?。這就同時(shí)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 2 MHz 時(shí)，相位頻率則是單個(gè)相位頻率的四倍。由于更低的紋波電流以及更高的頻率，與單相解決方案相比，輸入和輸出電容量在多相解決方案中要小得多。更高效的開關(guān)頻率還允許轉(zhuǎn)換器更為快速地對(duì)負(fù)載電流的變化做出響應(yīng)。
將功率級(jí)分成多個(gè)相位降低了各個(gè)功率組件的應(yīng)力。更低的電流和額定功率提供了一個(gè)更寬的現(xiàn)貨供應(yīng)電感、FET 和二極管選擇范圍。與單相解決方案相比，其功率損耗更低且分布區(qū)域更廣，從而簡化了散熱管理。在驅(qū)動(dòng) 300W 負(fù)載的情況下，這種 4 相位設(shè)計(jì)擁有 94% 的效率，從而實(shí)現(xiàn)了低于20W的損耗。
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尋找一款可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)以上相位的升壓控制器會(huì)帶來一定的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。TPS40090 多相升壓轉(zhuǎn)換器非常適用于高功耗音頻應(yīng)用。
圖2 2MHz 高效紋波電流時(shí)交錯(cuò) 4 相升壓解決方案的運(yùn)行結(jié)果
