如何利用兩個并聯的轉換器倍增最大負載電流

汽車設備、工業設備和FireWire外圍設備都需要高效率、節省空間、能夠在高電壓下輸出大電流的電源。但問題是高電壓、大電流的單芯片降壓型轉換器并不能控制所需的負載電流。

一個解決方案是將兩個轉換器并聯,使最大負載電流增大一倍。但是需要對標準配置的降壓型轉換器進行改進,以維持兩個轉換器之間的負載共享(分擔)和穩定性,減小輸入/輸出電壓的紋波。

圖1中給出了一個輸入電壓為8～40V、最大負載電流4A下輸出電壓為5V的DC-DC轉換器。它使用兩個并聯的LT3430 60V 3A(峰值開關電流)單芯個降壓型轉換器。電路采用具有擴頻調制功能(SSFM)的多相振蕩器,使兩個轉換器能在高達250kHz的頻率上保持同步(180°相移)。圖2給出了圖1電路的效率。

由于200kHz的固定開關頻率在兩個轉換器之間會有微小的差異,所以同步是很重要的。如果允許兩個轉換器工作在不同的開關頻率,隨著時間的流逝,輸出紋波可能會攜帶某些不希望的低頻紋波,其頻率正好等于兩個轉換器頻率之差。

保持兩個轉換器之間有180°的相位差,就可以減小輸入/輸出紋波。一般情況下,一個IC電流增大時,另一個IC的電流正在減小,這樣使它們的紋波電流互相抵消,從而減輕了對輸入輸出儲能電容的壓力。相反,如果兩個IC同相工作,兩個IC需要在每個周期中同時從電容器抽取電流或向電容器輸送電流,這會使電路紋波比單個IC增大一倍。

來自LTC6902的同步信號的SSFM模式設定在235kHz和250kHz之間,這可減少EMI峰值。在開關頻率固定在250kHz的情況下可看到這個效果。通過改變跳線器位置(將LTC6902的組件引線接地)就可以清除SSFM模式,將頻率設置到250kHz。

假設電路布局合理并且占空比在40%到60%之間,在4A負載電流的條件下,雙轉換器電路需要的電容容量只有單個IC電路的一半。在需要大范圍占空比的應用中,雙IC電路的紋波比單個IC電路紋波的一半多一點。

在負載范圍比較寬的情況下,兼顧散熱和效率的最佳設置是使兩個IC均勻分擔負載。這可以通過將兩個誤差放大器的輸出端(VC腳)接在一起來實現,以消除兩個誤差放大器之間的電壓差和反饋增益。另外,在電感和調節器增益容差范圍內,兩個IC可以一起工作。在整個負載電流范圍內,該設計中的兩個器件所分擔的電流近似相等。采用兩個獨立的2.5A、22μH功率電感比采用單個5A、10μH電感要好,這是因為兩個電感的總體積比單個大電感的體積小2倍,這可以將元件高度降到最低。