適用于汽車冷起動應(yīng)用的雙開關(guān)降壓/升壓技術(shù)

　　仿電流模式可以重建電感器斜坡電流。具體方法是：首先測量續(xù)流二極管在開關(guān)周期結(jié)束時的電流，然后加上與電感器電流斜坡成比例的斜坡。為了模仿電感器電流的斜坡部份，一個外部電容器被一個固定電流充電，而該固定電流與輸入和輸出電壓間的差別成比例。如此一來，最后出現(xiàn)在電容器的斜坡電壓便可與電感器本身的斜坡電流形成比例關(guān)系。對于大于50%的占空比，電流模式控制電路會經(jīng)常出現(xiàn)子諧波振蕩，而在電流感測信號上加入一個固定斜率的電壓斜坡信號(即斜率補償)便可有效地預(yù)防這種振蕩。此外，仿電流模式方案的另一個優(yōu)點是當電路處于短路或超載時，電感器的電流不會出現(xiàn)失控，原因是該電流在降壓開關(guān)被啟動前已被取樣。假如電感器電流過大，有關(guān)的周期便會被省略直至電流下降至過流閾值以下。

　　斜坡、取樣及保留直流電平、供PWM及電流限制用的仿斜坡信號、提供仿電流信號的消隱脈沖電平、具備與電感器電流相同斜率的仿斜坡。

SEPIC拓撲與單電感器降壓/升壓模式的比較

　　SEPIC是另一種可于寬闊輸入電壓要求下進行輸出電壓調(diào)節(jié)的常用拓撲技術(shù)。該拓撲由一個升壓/降壓-升壓級和一個降壓級組合而成。SEPIC是Single Ended Primary Inductance Converter的字首縮寫，也就是單端初級電感轉(zhuǎn)換器。字面中的單端表示只用一個開關(guān)來把能量送入轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

　　SEPIC轉(zhuǎn)換器的功能可通過觀察圖5中的三個主要變換級來說明：

　1)圖5上方表示了SEPIC于開關(guān)閉合前的初始狀態(tài)。SEPIC的電容器必須被充電至VIN，其時的輸出為0V，并且在所有元件中都沒有電流。

　　2)當開關(guān)閉合時，電壓VIN會被施加到電感器L1，這時通過L1的電流突然增加并把能量儲存，情況就如升壓拓撲一般。與此同時，相同的VIN亦會被施加到L2，而該電壓則來自SEPIC電容器。這時，SPEIC電容器開始將能量通過流經(jīng)L2的突增電流轉(zhuǎn)移到L2上。在此期間，二極管處于反向偏置。

　　現(xiàn)在，電流在兩個電感器中流動，即使開關(guān)再次斷開也不會出現(xiàn)瞬變。

　　3)當開關(guān)斷開時，流經(jīng)L1的電流無處可走，只好經(jīng)過SPEIC電容器流往輸出電容器及輸出端，而流經(jīng)L2的電流亦必須流往輸出端。

　　為了讓電流繼續(xù)流經(jīng)L1，開關(guān)上的電壓會被提升到VIN+VOUT+VDIODE的水平，而流經(jīng)SEPIC電容器的電流會再次把電容器充電，促使它能夠于開關(guān)閉合時把能量傳送到L2。

　　在SEPIC電容器與L2之間存在一個能量平衡，可以幫助決定SEPIC電容器的數(shù)值，而該數(shù)值越小，操作便越穩(wěn)定。

　　SEPIC轉(zhuǎn)換器的效率會低于一個純升壓或降壓拓撲。這主要是因為受關(guān)聯(lián)的外部元件數(shù)量增加所致。例如在電源路徑中的第二個功率電感器和SEPIC電容器的損耗便會影響電路整體的效率。SPEIC電容器是SEPIC轉(zhuǎn)換器中最關(guān)鍵的元素。因為所有的輸出功率都需要流經(jīng)它，所以會局限這種拓撲在較低功率方面的應(yīng)用。

　　比較降壓/升壓拓撲與SEPIC拓撲會發(fā)現(xiàn)：降壓/升壓只需一個電感器，而且電容器數(shù)量更少一個。當輸入電壓高于輸出電壓時，也就是大部份典型汽車常出現(xiàn)的情況，轉(zhuǎn)換器便會以降壓轉(zhuǎn)換器的形式運行，以產(chǎn)生較低的輸出紋波及為負載線路提供更高效率和更優(yōu)的瞬態(tài)調(diào)節(jié)。此外，SEPIC拓撲還可能會因SEPIC 電容器的寄生效應(yīng)而引致更高的電磁干擾噪聲。

　　圖6是一個以LM5118仿電流模式降壓/升壓控制器來實現(xiàn)的降壓/升壓拓撲實例。

結(jié)論

　　在汽車冷起動應(yīng)用中，單電感器降壓/升壓控制器較傳統(tǒng)的SEPIC轉(zhuǎn)換器具有更多的優(yōu)勢：更高的效率、更優(yōu)的動態(tài)性能及更低的電磁干擾噪聲。