车载音频电源的多相升压解决方案

车载音频放大器通常使用升压转换器来生成18V～28V（或更高）的电池输出电压。在这些100W及100W以上的高功耗应用中，需要大升压电感、多个级别的输出电容器、并行MOSFET及二极管。将功率级分成多个并行相位减少了许多功率组件的应力，加速了对负载变化（如那些重低音音符）的响应，并提高了系统效率。

找到一款能够用于2相升压转换器的脉宽调制控制器（PWM）相对较容易。大多数双通道交错式离线控制器或推挽式控制器均可用于直接异相地驱动两个升压MOSFET。但是，在4相解决方案中，控制器的选择范围更加有限。幸运的是，可以轻松地对一些多相降压控制器进行改装，以在4相升压转换器中使用。

图1显示了一款使用了TI的TPS40090多相降压控制器的4相、300W升压电源，该转换器设计旨在处理一般会出现在音频应用中的500W峰值猝发。通常，在多相降压结构中，该控制器通过感应输出电感中的平均电流来平衡每一相位的电力。相反，在一个多相升压结构中，对电流的感应是在安装于每一个FET源极上的电阻器中进行的。通过在每一个FET中平衡峰值电流，多相控制器在所有升压相位中均匀地分配电力。来自控制器的栅极驱动信号为逻辑电平，因此每一个相位都要求具有一个MOSFET驱动器。本设计中，可以使用一个双通道MOSFET驱动器（例如：UCC27324）来减少组件的数量。

图1针对车载音频放大器的300W、4相升压转换器

通过对每一个相位施加一个流限，多相控制器则可以保护控制器免于受到过载条件的损害。音频应用具有比平均输出功率要高很多的短暂峰值功率需求。必须将流限设置得足够高，以满足这些峰值功率要求。外部欠压锁定（UVLO）电路还提供了另一层级的保护，其可防止系统在低电池电压状态下运行。当电池电压下降时，升压电源将试图提供尽量多的输入电流，这样会导致电池电量耗尽时电池电压的急剧下降。这种情况会使电池受到损坏，最坏的情况甚至会使电池报废。简单且低成本的UVLO电路由一个参考电路、一个双通道比较器和若干个电阻组成。

本设计中，四个相位均以500kHz进行切换，并且分别为90度同步。图2显示了所有四个相位的漏－源电压波形。来自每一个相位的纹波电流在输入端和输出端进行求和，同时它们在输入端和输出端部分地互相抵消。这就同时减少了输入和输出电容器的AC纹波电流。另外，综合纹波电流为2MHz时，相位频率则是单个相位频率的四倍。由于更低的纹波电流以及更高的频率，与单相解决方案相比，输入和输出电容量在多相解决方案中要小得多。更高效的开关频率还允许转换器更为快速地对负载电流的变化做出响应。