基于反相SEPIC的高效率降壓/升壓轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
精確計(jì)算初級(jí)開關(guān)的開關(guān)損耗超出了本文的范圍，但應(yīng)注意，從高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)時(shí)，MOSFET上的電壓擺輻約為~VIN + VOUT 至 ~0V，流經(jīng)開關(guān)的電流擺輻為0 A至IOUT[1/(1 – D)]。由于擺幅如此之高，開關(guān)損耗可能是主要損耗，這是挑選MOSFET時(shí)應(yīng)注意的一點(diǎn)；對(duì)于MOSFET，反向傳輸電容((CRSS)與RDS(ON)成反比。
初級(jí)開關(guān)和次級(jí)開關(guān)的漏極-源極擊穿電壓(BVDSS均須大于輸入電壓與輸出電壓之和（見圖5）。
峰峰值輸出電壓紋波(VRIPPLE)可通過下式近似計(jì)算：
 | (17) |
流經(jīng)輸出電容的電流均方根值 (I rms COUT) 為：
 | (18) |
方程式12所表示的峰峰值電感電流(IL)取決于輸入電壓，因此必須確保當(dāng)此參數(shù)改變時(shí)，輸出電壓紋波不會(huì)超過規(guī)定值，并且流經(jīng)輸出電容的均方根電流不會(huì)超過其額定值。
對(duì)于利用ADP1877實(shí)現(xiàn)的同步反向SEPIC，輸入電壓與輸出電壓之和不得超過14.5 V，因?yàn)殡姾杀秒娙菖c開關(guān)節(jié)點(diǎn)相連，當(dāng)初級(jí)開關(guān)接通時(shí)，其電壓達(dá)到VIN + VOUT。
實(shí)驗(yàn)室結(jié)果
圖8顯示5 V輸出、3 V和5.5 V輸入時(shí)同步反向SEPIC的功效與負(fù)載電流的關(guān)系。對(duì)于需要在3.3 V和5.0 V輸入軌之間切換的應(yīng)用，或者當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)整輸入電壓以優(yōu)化系統(tǒng)效率時(shí)，這是常見情況。采用1 A至2 A負(fù)載時(shí)，無(wú)論輸入電壓高于或低于輸出電壓，轉(zhuǎn)換器的效率均超過90%。
圖8. 效率與負(fù)載電流的關(guān)系
與圖8相關(guān)的功率器件材料清單見表1，其中僅采用常見的現(xiàn)成器件。一項(xiàng)具可比性的異步設(shè)計(jì)采用一個(gè)具有低正向壓降的業(yè)界領(lǐng)先肖特基二極管代替QL1，在以上兩種輸入電壓下，其滿載時(shí)的效率低近10%。此外，異步設(shè)計(jì)尺寸更大、成本更高，而且可能需要昂貴的散熱器。
表1. 功率器件
| 標(biāo)志符 | 產(chǎn)品型號(hào) | 制造廠商 | 值 | 封裝 | 備注 |
| QH1/QL1 | FDS6572A | Fairchild Semiconductor | 20 BVDSS | SO8 | 功率 MOSFET/6 mΩ (最大值) @4.5Vgs @ 25°C Tj |
| L1A/B | PCA20EFD-U10S002 | TDK | 每個(gè)繞組3.4 µH | 30 mm × 22mm × 12mm | 1:1:1:1:1:1 耦合電感/鐵氧體/每個(gè)繞組35.8 mΩ (最大值) DCR |
結(jié)束語(yǔ)
許多市場(chǎng)對(duì)輸出電壓高于或低于輸入電壓（升壓/降壓）的高效率同相轉(zhuǎn)換器的需求都在不斷增長(zhǎng)。ADI公司的雙通道同步開關(guān)控制器ADP1877允許用低損耗MOSFET代替常用于功率級(jí)的高損耗功率二極管，從而提高效率，降低成本，縮小電路尺寸，使系統(tǒng)達(dá)到苛刻的能耗要求。只要遵循幾項(xiàng)原則就能快速算出可靠補(bǔ)償所需的元件值，并且利用常見的現(xiàn)成器件便可實(shí)現(xiàn)高效率。
評(píng)論