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(shí)，如果仍然采用輸入與輸出不等時(shí)的轉換方法，轉換效率將得不到提高，此時(shí)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(wèn)題進(jìn)行了特別關(guān)注。

大多無(wú)隔離輸入-輸出穩壓方案都有一個(gè)根本缺點(diǎn)，即當輸入等于輸出時(shí)，和輸入輸出不相等時(shí)的情況相比其效率并沒(méi)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)結果，即使當輸入電壓接近或等于輸出電壓時(shí)，它們仍然采用電壓完全不同的開(kāi)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)其效率應該比其它情況更高。這并不是一個(gè)新的發(fā)現，已有文獻記載且在實(shí)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，故其未被列入常見(jiàn)的直流-直流轉換技術(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(méi)有包括傳統的降壓-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(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)驅動(dòng))電路，其中D1和D2分別是開(kāi)關(guān)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(gè)電路中最復雜的，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的電流應力。但是這一方案也有缺點(diǎn)，電容C2的電流不管是當Vin小于Vout時(shí)來(lái)自CR1還是當Vin大于Vout來(lái)自S2，它都會(huì )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(kāi)關(guān)同時(shí)驅動(dòng)(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(shí)通過(guò)脈沖寬度調制(PWM)驅動(dòng)S1，同時(shí)保持S2導通，而在需要降壓功能(Vin大于Vout)時(shí)通過(guò)PWM驅動(dòng)S2，同時(shí)保持S1斷開(kāi)。這是一個(gè)很好的方案，因為當Vin=Vout時(shí)不需要任何開(kāi)關(guān)模式功率處理，S1斷開(kāi)而S2接通，功率只通過(guò)直流電路從輸入傳輸到輸出，并且當輸入近似等于輸出時(shí)，只需要最小開(kāi)關(guān)模式的功率處理。