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两相移相升压转换器:提升效率并减小输入/输出电容的工程方案

来源:ADI代理、原厂货源 - 中芯巨能| 发布日期:2026-02-03 10:00:01 浏览量:

在电池供电系统中,当负载需要高于电池电压的稳定电源时,升压转换器是常见选择。然而,传统单相升压拓扑存在明显局限:输出电流脉动大,导致对输出电容的容量、ESR和ESL要求极高。为解决这一问题,两相移相升压架构提供了更优的工程路径——不仅显著降低输入/输出电容需求,还在宽负载范围内实现高效率运行。

单相升压的瓶颈:电容应力大

标准升压电路(图1)通过开关管周期性导通/关断,使电感L向输出端注入脉冲电流。为平滑该脉冲、维持稳定输出电压,输出电容C2必须具备:

图1

图1

高容值(通常数百μF至mF级);

极低ESR/ESL(常需多颗陶瓷电容并联)。

这不仅增加BOM成本和PCB面积,还可能因电容老化或温漂影响长期可靠性。

两相移相架构:纹波抵消,电容减半

两相升压方案(图2)采用两个并联升压通道,以180°相位差交错工作。其核心优势在于:

图2

图2

输出电流纹波频率加倍,且两相电流脉动部分相互抵消;

在相同输出电压纹波指标下,输出电容C2容量可减少约50%;

输入端因两相电感电流交错,输入电流纹波同样大幅降低,输入电容C1亦可小型化。

这对空间受限的便携设备(如TWS耳机、手持医疗仪)尤为重要。

实例验证:LT8349两相升压IC的高效表现

ADI的LT8349是一款集成式两相同步升压控制器,专为电池应用优化。其关键特性包括:

支持2.5V至6V升压(典型应用);

相位切除(Phase Shedding):轻载时自动关闭一相,避免轻载效率骤降;

同步整流:内置MOSFET驱动,减少外部元件。

实测数据显示:

3A负载时效率达92%;

仅2mA轻载时效率仍保持90%。

这种宽负载高效特性源于两相架构的灵活调度:低电流下单相运行降低开关损耗;高电流时双相并联分担热应力,同时利用纹波抵消维持低输出噪声。


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工程设计要点

电感匹配:两相电感L1/L2应选用相同型号,确保电流均衡;

布局对称:功率环路需对称布线,避免寄生参数失配引发振荡;

控制环路补偿:两相系统需调整环路带宽,兼顾动态响应与稳定性;

热管理:尽管双相分摊功耗,但高功率密度下仍需关注散热路径。

应用场景

锂离子/聚合物电池系统:应对冷启动或峰值负载导致的电压跌落;

USB PD供电设备:从5V升压至9V/12V;

工业传感器节点:从能量采集源(如TEG、光伏)升压至MCU工作电压。

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