應(yīng)用非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)提高轉(zhuǎn)換效率

圖1b顯示經(jīng)典的單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)。顯然，就元件總數(shù)而言，這是四個(gè)電路中最簡(jiǎn)單的，只需要一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)二極管，但它卻需要兩個(gè)電感(或者在一個(gè)磁芯上的兩個(gè)電感繞組)。

如轉(zhuǎn)換方程所示，當(dāng)占空比D1等于0.5時(shí)，輸入和輸出相等，從輸入傳輸?shù)捷敵龅目偣β试陂_(kāi)關(guān)模式中處理，且所有功率都通過(guò)電容C2傳輸。因此需要仔細(xì)考慮C2的紋波電流處理功能，C2可以是低阻抗電解質(zhì)類(lèi)型，如今市面上有很多性能優(yōu)異的這類(lèi)元件可供選擇。它的終端電壓等于輸入電壓，考慮到L1連到輸入且L2連接到地同時(shí)電感上的平均電壓必須為零后，這個(gè)結(jié)論是很顯然的。筆者認(rèn)為業(yè)界并沒(méi)有充分利用SEPIC，這可能是由于它具有非經(jīng)典配置，因而與簡(jiǎn)單的降壓或升壓電路相比設(shè)計(jì)人員不得不花費(fèi)更多精力進(jìn)行分析和考慮的緣故。

3．降壓+升壓轉(zhuǎn)換器

圖1c和圖1a的電路功能很相似，這里降壓部分在前，升壓部分在后，因此名為“降壓+升壓”轉(zhuǎn)換器，和“升壓＋降壓”正好相反。后面可以看到，當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，它是效率最高的，當(dāng)Vin=Vout時(shí)，不需要任何開(kāi)關(guān)模式處理，S1接通，S2斷開(kāi)，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它只需要一個(gè)電感。缺點(diǎn)是輸入電流和輸出電流都是不連續(xù)的，所以必須選擇輸入和輸出電容，使它們能夠處理紋波電流。像圖1a中的電路一樣，當(dāng)Vin小于Vout時(shí)，S1保持接通，S2作為一個(gè)PWM升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)Vin大于Vout時(shí)，S1作為一個(gè)PWM降壓轉(zhuǎn)換器，S2斷開(kāi)。

4．降壓+升壓轉(zhuǎn)換器(D1=D2)

這個(gè)電路結(jié)構(gòu)類(lèi)似于圖1c，但是工作完全不同。在這種情況下，開(kāi)關(guān)S1和S2由相同的控制器驅(qū)動(dòng)，同時(shí)接通和斷開(kāi)。優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然是控制器比圖1a和圖1c中的簡(jiǎn)單得多，但比SEPIC控制器復(fù)雜，因?yàn)楸仨汄?qū)動(dòng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)，而且其中只有一個(gè)基于地電位。

驅(qū)動(dòng)方案簡(jiǎn)單是這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)，但是效率差的缺點(diǎn)經(jīng)常妨礙它的使用。由于同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)，而且當(dāng)輸入電壓等于輸出電壓時(shí)，占空比D為50%，使得過(guò)多能量在轉(zhuǎn)換器中循環(huán)。例如當(dāng)Vin=Vout(而且D=50%)時(shí)，電感L1兩次導(dǎo)通輸入(輸出)電流。在輸入端，S1在50%的時(shí)間內(nèi)接通，強(qiáng)迫它兩次導(dǎo)通平均輸入電流，當(dāng)然，這個(gè)電流來(lái)自L1；與之類(lèi)似，在輸出端，CR2在50%的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，再次從電感獲得電流。確實(shí)在它們導(dǎo)通時(shí)，所有四個(gè)開(kāi)關(guān)元件(S1、CR1、S2和CR2)兩次導(dǎo)通輸入-輸出電流，結(jié)果造成較大功率損耗，使這個(gè)電路在四個(gè)電路中效率最低，但它無(wú)疑是很簡(jiǎn)單的，可用于小電流應(yīng)用中。