交錯(cuò)技術(shù)顯著提高升壓轉(zhuǎn)換效率

　　圖 8 說(shuō)明采用 UCC38220 控制器的交錯(cuò)式設(shè)計(jì)。利用 Q5 與 Q7 漏極引線中的小型低成本電流互感器感測(cè) FET 電流。UCC28220 迫使相位之間實(shí)現(xiàn)相等的電流共享。降低整流器的電流可以消除對(duì)散熱片的需求并且降低組裝成本。

　　試驗(yàn)結(jié)果

　　這兩種設(shè)計(jì)在效率、輸入與輸出紋波電壓以及瞬態(tài)負(fù)載方面的對(duì)比結(jié)果顯示，在大部分情況下，雙相設(shè)計(jì)的性能都優(yōu)于單相設(shè)計(jì)。

　　圖 9 對(duì)比兩種方法的效率。它們都能夠滿足 91％ 的目標(biāo)效率。不過(guò)，雙相設(shè)計(jì)在滿負(fù)載情況下的效率高 兩個(gè)百分點(diǎn)。雖然這看起來(lái)可能并不明顯，但是若比較兩種電源的損耗差異，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中差別很大。單相設(shè)計(jì)消耗 23 W，而雙相設(shè)計(jì)僅消耗 16 W。這相當(dāng)于熱損耗降低 30％，因而必將對(duì)散熱片的選擇與熱功耗設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定影響。

　　單相曲線很快達(dá)到最高值，然后開(kāi)始迅速下降。這是傳導(dǎo)損耗較高的設(shè)計(jì)的特性。兩種設(shè)計(jì)的明顯差異體現(xiàn)在電感、升壓二極管、輸出電容與 PWB 的損耗。表 2 對(duì)比了電感需求與設(shè)計(jì)性能。如前所述，雙相方法采用的電感比單相設(shè)計(jì)低得多，而且每個(gè)電感僅承載一半的電流。電感的體積取決于蓄能需求與溫度的升幅。蓄能大小由（1/2×L×I²）決定，而表2說(shuō)明單相設(shè)計(jì)的蓄能是雙相設(shè)計(jì)的 5 倍。這意味著，如果我們要使電感的溫度升幅保持相同，則單相設(shè)計(jì)的電感應(yīng)當(dāng)大 5 倍。我們認(rèn)為與其保持相等的能量密度，不如允許較大的溫度升幅。我們?cè)趩蜗嘣O(shè)計(jì)中使用損耗較大的電感因而犧牲了部分效率。結(jié)果，單相設(shè)計(jì)的損耗高出了近 5 W。在這兩種設(shè)計(jì)的功耗差異中，輸出電容大約占 1 W。每個(gè)輸出電容的紋波電流造成大約 100 mW 的損耗，而且單相設(shè)計(jì)需要的電容比雙相設(shè)計(jì)多出 6 個(gè)。雙相設(shè)計(jì)的功率級(jí)必須采用兩個(gè)二極管，每個(gè)二極管承擔(dān)總電流的一半。這樣它們具有較低的壓降，可使總功耗降低大約 1W。

　　小結(jié)

　　與降壓穩(wěn)壓器一樣，交錯(cuò)式升壓設(shè)計(jì)的性能也優(yōu)于單相設(shè)計(jì)。從表 3 中完整的單相升壓設(shè)計(jì)與交錯(cuò)式升壓設(shè)計(jì)的對(duì)比即可看出。交錯(cuò)式升壓設(shè)計(jì)體積更小，效率更高。這是因?yàn)樗軠p少輸出紋波電流，使得輸出電容數(shù)量顯著降低，從而降低了成本與功耗；它還能減少電感的蓄能要求，這表示電感磁線圈的體積、高度與熱損耗都會(huì)降低。多相方法可使總功耗降低 30％，同時(shí)將熱量分散至較大電路板面積，從而實(shí)現(xiàn)更完美的熱管理。多相設(shè)計(jì)必須測(cè)量與平衡每個(gè)相位的電流大小，因此它確實(shí)會(huì)增加電路的復(fù)雜性，這從可控制組件的數(shù)量就能看出。