基于ZETA拓撲結(jié)構(gòu)的DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計

環(huán)路設(shè)計

ZETA 轉(zhuǎn)換器是一種具有多個實復極頻和零頻的四階轉(zhuǎn)換器。與SEPIC 轉(zhuǎn)換器不同，ZETA 轉(zhuǎn)換器沒有右半面零點，并且更容易獲得補償，以使用更小的輸出電容值達到更大環(huán)路帶寬和更好負載瞬態(tài)結(jié)果。參考文獻1 提供一個基于狀態(tài)空間平均法的較好數(shù)學模型。該模型將電感DC 電阻(DCR) 排除在外，但卻包括了電容ESR。盡管參考文獻1 中的轉(zhuǎn)換器使用陶瓷電容，但就后面的設(shè)計舉例而言，電感DCR 代替了電容ESR，這樣模型便可以更加緊密地匹配測得值。開環(huán)路增益帶寬（即利用一個可接收的典型45o 相位余量讓增益穿過零頻的頻率），應(yīng)該大于L1b 和C_C 的諧振頻率，這樣反饋環(huán)路便可以在該諧振頻率下利用基頻阻尼輸出端出現(xiàn)的非正弦紋波。

設(shè)計舉例

就本例而言，諸多要求都是針對一個η= 0.9 峰值效率的12-V、1-W 電源。負載為穩(wěn)態(tài)，因此幾乎看不到負載瞬態(tài)。2-A 輸入電源為9 到15V。我們選擇了異步電壓模式控制器即TI TPS40200，其工作在340 和460kHz 之間的開關(guān)頻率下。輸入端和快速電容器的最大允許紋波分別為彼此交叉最大電壓的1%。最大輸出紋波為25 mV，而最大環(huán)境溫度為55oC。由于EMI 并不是問題，通過使用最小輸入電壓，我們選擇了具有更低電感值的電感。下一頁的表1 概括了前面介紹的一些設(shè)計計算方法。我們忽略了方程式7 到9 以及方程式11，因為使用了高RMS 電流額定值的低ESR 陶瓷電容。

表1舉例ZETA轉(zhuǎn)換器設(shè)計計算

圖4 顯示的是示意圖，而圖5 則顯示了ZETA 轉(zhuǎn)換器的效率。在下一頁，圖6 顯示了轉(zhuǎn)換器在深度CCM 下的運行情況，而圖7 則顯示了環(huán)路響應(yīng)。

圖41A 電流時9V 到15V V_IN 和12-V V_OUT 的ZETA 轉(zhuǎn)換器設(shè)計

圖5舉例ZETA 轉(zhuǎn)換器設(shè)計的效率

圖6V_IN=9V 且I_OUT=1A 時的運行情況

圖7V_IN=9V 和15V 且I_OUT=1A 時的環(huán)路響應(yīng)

結(jié)論

像SEPIC 轉(zhuǎn)換器一樣，ZETA轉(zhuǎn)換器是另一種轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)，其通過一個在輸出電壓上下范圍變化的輸入電壓來提供穩(wěn)定的輸出電壓。相比SEPIC轉(zhuǎn)換器，ZETA 轉(zhuǎn)換器的好處包括更低的輸出電壓紋波，以及更簡單的補償。缺點是要求更高的輸入電壓紋波、更大容量的飛跨電容以及一個能夠驅(qū)動高端PMOS 的降壓轉(zhuǎn)換器（例如：TPS40200 等）。