基于應(yīng)用非隔離直流的直流轉(zhuǎn)換器

在直流-直流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中，當(dāng)輸入等于輸出時(shí)，如果仍然采用輸入與輸出不等時(shí)的轉(zhuǎn)換方法，轉(zhuǎn)換效率將得不到提高，此時(shí)可用幾種非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換方法，包括SEPIC、降壓-升壓法以及降壓升壓電路組合法等。本文分析了其中四種方法，并對典型應(yīng)用中的效率問題進(jìn)行了特別關(guān)注。

大多無隔離輸入-輸出穩(wěn)壓方案都有一個(gè)根本缺點(diǎn)，即當(dāng)輸入等于輸出時(shí)，和輸入輸出不相等時(shí)的情況相比其效率并沒有提高。從一些常用方法如SEPIC、C'uk及降壓+升壓組合電路可以明顯得出這個(gè)結(jié)果，即使當(dāng)輸入電壓接近或等于輸出電壓時(shí)，它們?nèi)匀徊捎秒妷和耆煌拈_關(guān)模式進(jìn)行處理。

如果控制正確，經(jīng)典的降壓和升壓級聯(lián)電路在輸入接近或等于輸出電壓時(shí)其效率應(yīng)該比其它情況更高。這并不是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，已有文獻(xiàn)記載且在實(shí)際中已有應(yīng)用，但這種應(yīng)用因?yàn)椴皇侵绷?直流應(yīng)用的主流，所以似乎被人們所忽視了，目前主要用于大型主機(jī)計(jì)算機(jī)的高功率三相功率校正系統(tǒng)，故其未被列入常見的直流-直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之中也并不令人感到驚訝。

下面我們將分析四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即三種降壓+升壓組合電路和一種單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)，在每種情況里都采用典型元件，且都包含寄生損耗。這里沒有包括傳統(tǒng)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和C'uk轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樵诜?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/隔離">隔離電路中輸出和輸入的極性是相反的。

電路結(jié)構(gòu)

圖1到圖4是這幾種電路的原理圖，分別為升壓+降壓、SEPIC、降壓+升壓以及另一種降壓+升壓(兩個(gè)開關(guān)同時(shí)驅(qū)動)電路，其中D1和D2分別是開關(guān)S1和S2的占空比。下面是詳細(xì)的分析。

1．升壓+降壓轉(zhuǎn)換器

圖1a的電路盡管是四個(gè)電路中最復(fù)雜的，卻有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它的輸入和輸出電流被電感平滑處理，減小了輸入和輸出端的紋波電流以及對電容C1和C3的電流應(yīng)力。但是這一方案也有缺點(diǎn)，電容C2的電流不管是當(dāng)Vin小于Vout時(shí)來自CR1還是當(dāng)Vin大于Vout來自S2，它都會有中斷，而且它需要兩個(gè)電感。

雖然電路工作時(shí)要兩個(gè)開關(guān)同時(shí)驅(qū)動(其轉(zhuǎn)換方程與圖1d給出的相同)，但最有效的控制方法是在需要升壓功能(Vin小于Vout)時(shí)通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動S1，同時(shí)保持S2導(dǎo)通，而在需要降壓功能(Vin大于Vout)時(shí)通過PWM驅(qū)動S2，同時(shí)保持S1斷開。這是一個(gè)很好的方案，因?yàn)楫?dāng)Vin=Vout時(shí)不需要任何開關(guān)模式功率處理，S1斷開而S2接通，功率只通過直流電路從輸入傳輸?shù)捷敵?，并且?dāng)輸入近似等于輸出時(shí)，只需要最小開關(guān)模式的功率處理。