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

圖1b顯示經(jīng)典的單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)。顯然，就元件總數(shù)而言，這是四個電路中最簡單的，只需要一個開關(guān)和一個二極管，但它卻需要兩個電感(或者在一個磁芯上的兩個電感繞組)。

如轉(zhuǎn)換方程所示，當(dāng)占空比D1等于0.5時，輸入和輸出相等，從輸入傳輸?shù)捷敵龅目偣β试陂_關(guān)模式中處理，且所有功率都通過電容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)類型，如今市面上有很多性能優(yōu)異的這類元件可供選擇。它的終端電壓等于輸入電壓，考慮到L1連到輸入且L2連接到地同時電感上的平均電壓必須為零后，這個結(jié)論是很顯然的。筆者認(rèn)為業(yè)界并沒有充分利用SEPIC，這可能是由于它具有非經(jīng)典配置，因而與簡單的降壓或升壓電路相比設(shè)計人員不得不花費(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，它是效率最高的，當(dāng)Vin=Vout時，不需要任何開關(guān)模式處理，S1接通，S2斷開，另一個優(yōu)點(diǎn)是它只需要一個電感。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，S1保持接通，S2作為一個PWM升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)Vin大于Vout時，S1作為一個PWM降壓轉(zhuǎn)換器，S2斷開。

4．降壓+升壓轉(zhuǎn)換器(D1=D2)

這個電路結(jié)構(gòu)類似于圖1c，但是工作完全不同。在這種情況下，開關(guān)S1和S2由相同的控制器驅(qū)動，同時接通和斷開。優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然是控制器比圖1a和圖1c中的簡單得多，但比SEPIC控制器復(fù)雜，因?yàn)楸仨汄?qū)動兩個開關(guān)，而且其中只有一個基于地電位。

驅(qū)動方案簡單是這個電路的優(yōu)點(diǎn)，但是效率差的缺點(diǎn)經(jīng)常妨礙它的使用。由于同時驅(qū)動兩個開關(guān)，而且當(dāng)輸入電壓等于輸出電壓時，占空比D為50%，使得過多能量在轉(zhuǎn)換器中循環(huán)。例如當(dāng)Vin=Vout(而且D=50%)時，電感L1兩次導(dǎo)通輸入(輸出)電流。在輸入端，S1在50%的時間內(nèi)接通，強(qiáng)迫它兩次導(dǎo)通平均輸入電流，當(dāng)然，這個電流來自L1；與之類似，在輸出端，CR2在50%的時間內(nèi)導(dǎo)通，再次從電感獲得電流。確實(shí)在它們導(dǎo)通時，所有四個開關(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，使這個電路在四個電路中效率最低，但它無疑是很簡單的，可用于小電流應(yīng)用中。