交錯(cuò)式功率級--不再僅適用于降壓轉(zhuǎn)換器

為抑制正向轉(zhuǎn)換器的峰值輸入電流，輸出電感器針對 60% 的紋波電流進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。這使得濾波電感器約為 3.5uH，該電感大小基本與電感器紋波電流約為最大負(fù)載電流 (Iout) 30% 的單個(gè)正向轉(zhuǎn)換器使用的相同。

上述設(shè)計(jì)的輸出電容紋波規(guī)范最大為 200mV (Vripple)。當(dāng)電源轉(zhuǎn)換器工作于 0.28 即最小占空比時(shí)，輸出電容器紋波電流最大。輸出電容應(yīng)抑制紋波電流以滿足輸出紋波的要求。圖 6 中的圖示顯示出輸出電容的紋波電流約為濾波電感器紋波電流的 60%。這使得電容器紋波電流約為 3A (ΔIcout)。該設(shè)計(jì)要求 ESR 小于 66mΩ 以滿足輸出電壓的要求。

相同開關(guān)頻率與功率級的正向轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)容許的最大 ESR 約為 40mΩ。與該設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)湎啾龋?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/交錯(cuò)">交錯(cuò)式轉(zhuǎn)換器使得設(shè)計(jì)人員可使用的最大容許 ESR 多了 1.7 倍。但具體結(jié)果會隨設(shè)計(jì)要求而變化。如果轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的最小占空比是 0.4，那么在相同功率級與輸出紋波要求下設(shè)計(jì)的最大容許 ESR 將是 120mΩ。這大約是標(biāo)準(zhǔn)正向轉(zhuǎn)換器容許 ESR 的三倍。

該設(shè)計(jì)的輸出電容器 RMS 電流 (Icout(RMS)) 約為 1.74A，約是標(biāo)準(zhǔn)正向轉(zhuǎn)換器的 60%。

就該設(shè)計(jì)而言，輸入電容器 RMS 電流在占空比 (D) 約 28% 的情況下最大。最大輸入電容器 RMS 電流約為 2.4A。相似功率級設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)正向轉(zhuǎn)換器的輸入電容器 RMS 電流約為 4.7A。就該設(shè)計(jì)而言，采用交錯(cuò)式轉(zhuǎn)換器將使輸入電容器 RMS 電流降低約 50%。

以下示波器波形顯示了紋波電流抵消如何隨占空比而變化。圖 7 反映的是電源轉(zhuǎn)換器在 50% 占空比時(shí)的工作情況。兩個(gè)輸出電感器電流之和 (IL1+IL2) 幾乎為 DC，這使得輸出電容器紋波電流幾乎為零。

圖 8 中的示波器波形反映的是轉(zhuǎn)換器在最大線電壓(約 76V)時(shí)的工作情況。正確調(diào)節(jié) 12V 輸出要求占空比約為 28%。我們從示波器波形可以觀察到，電感器電流之和有 3A 的峰間紋波電流，應(yīng)由輸出電容器加以過濾。該峰間電容器紋波電流 (ΔIcout) 約為電感器紋波電流的 60%。

結(jié)論

雙交錯(cuò)式正向轉(zhuǎn)換器對高電流/高功率密度設(shè)計(jì)可能有益。這種轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋵χ虚g總線轉(zhuǎn)換器以及商用電源應(yīng)用是相當(dāng)理想的，因?yàn)檩斎肱c輸出電容器紋波電流的降低減小了輸入與輸出電容器的壓力。交錯(cuò)式轉(zhuǎn)換器的電感器紋波電流抵消使得設(shè)計(jì)能夠獲得更高的輸出電容 ESR，這也就使得我們能夠降低設(shè)計(jì)的輸出電容要求。

參考文獻(xiàn)：

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