應用非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器設計提高轉(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計人員不得不花費更多精力進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，當輸入電壓接近輸出電壓時，它是效率最高的，當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)點是它只需要一個電感。缺點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Vin小于Vout時，S1保持接通，S2作為一個PWM升壓轉(zhuǎn)換器。當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)點當然是控制器比圖1a和圖1c中的簡單得多，但比SEPIC控制器復雜，因為必須驅(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，但是效率差的缺點經(jīng)常妨礙它的使用。由于同時驅(qū)動兩個開關(guān)，而且當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Vin=Vout(而且D=50%)時，電感L1兩次導通輸入(輸出)電流。在輸入端，S1在50%的時間內(nèi)接通，強迫它兩次導通平均輸入電流，當然，這個電流來自L1；與之類似，在輸出端，CR2在50%的時間內(nèi)導通，再次從電感獲得電流。確實在它們導通時，所有四個開關(guān)元件(S1、CR1、S2和CR2)兩次導通輸入-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，可用于小電流應用中。