應用非隔離直流-直流轉換器設計提高轉換效率

應用非隔離直流-直流轉換器設計提高轉換效率

在直流-直流轉換器設計中，當輸入等于輸出時，如果仍然采用輸入與輸出不等時的轉換方法，轉換效率將得不到提高，此時可用幾種非隔離直流-直流轉換方法，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，并對典型應用中的效率問題進行了特別關注。

大多無隔離輸入-輸出穩(wěn)壓方案都有一個根本缺點，即當輸入等于輸出時，和輸入輸出不相等時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結果，即使當輸入電壓接近或等于輸出電壓時，它們仍然采用電壓完全不同的開關模式進行處理。

如果控制正確，經典的降壓和升壓級聯電路在輸入接近或等于輸出電壓時其效率應該比其它情況更高。這并不是一個新的發(fā)現，已有文獻記載且在實際中已有應用，但這種應用因為不是直流-直流應用的主流，所以似乎被人們所忽視了，目前主要用于大型主機計算機的高功率三相功率校正系統(tǒng)，故其未被列入常見的直流-直流轉換技術之中也并不令人感到驚訝。

下面我們將分析四種拓撲結構，即三種降壓+升壓組合電路和一種單端初級電感轉換器(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-升壓轉換器和C'uk轉換器，因為在非隔離電路中輸出和輸入的極性是相反的。

電路結構

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(兩個開關同時驅動)電路，其中D1和D2分別是開關S1和S2的占空比。下面是詳細的分析。

1．升壓+降壓轉換器

圖1a的電路盡管是四個電路中最復雜的，卻有幾個優(yōu)點。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的電流應力。但是這一方案也有缺點，電容C2的電流不管是當Vin小于Vout時來自CR1還是當Vin大于Vout來自S2，它都會有中斷，而且它需要兩個電感。

雖然電路工作時要兩個開關同時驅動(其轉換方程與圖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)時通過脈沖寬度調制(PWM)驅動S1，同時保持S2導通，而在需要降壓功能(Vin大于Vout)時通過PWM驅動S2，同時保持S1斷開。這是一個很好的方案，因為當Vin=Vout時不需要任何開關模式功率處理，S1斷開而S2接通，功率只通過直流電路從輸入傳輸到輸出，并且當輸入近似等于輸出時，只需要最小開關模式的功率處理。