適用于汽車(chē)冷起動(dòng)應用的雙開(kāi)關(guān)降壓/升壓技術(shù)
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仿電流模式可以重建電感器斜坡電流。具體方法是：首先測量續流二極管在開(kāi)關(guān)周期結束時(shí)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(gè)外部電容器被一個(gè)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(lái)，最后出現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(huì )經(jīng)常出現子諧波振蕩，而在電流感測信號上加入一個(gè)固定斜率的電壓斜坡信號(即斜率補償)便可有效地預防這種振蕩。此外，仿電流模式方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當電路處于短路或超載時(shí)，電感器的電流不會(huì )出現失控，原因是該電流在降壓開(kāi)關(guān)被啟動(dòng)前已被取樣。假如電感器電流過(guò)大，有關(guān)的周期便會(huì )被省略直至電流下降至過(guò)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是另一種可于寬闊輸入電壓要求下進(jìn)行輸出電壓調節的常用拓撲技術(shù)。該拓撲由一個(gè)升壓/降壓-升壓級和一個(gè)降壓級組合而成。SEPIC是Single Ended Primary Inductance Converter的字首縮寫(xiě)，也就是單端初級電感轉換器。字面中的單端表示只用一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)把能量送入轉換器內。
SEPIC轉換器的功能可通過(guò)觀(guān)察圖5中的三個(gè)主要變換級來(lái)說(shuō)明：
1)圖5上方表示了SEPIC于開(kāi)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(shí)的輸出為0V，并且在所有元件中都沒(méi)有電流。
2)當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓VIN會(huì )被施加到電感器L1，這時(shí)通過(guò)L1的電流突然增加并把能量?jì)Υ?，情況就如升壓拓撲一般。與此同時(shí)，相同的VIN亦會(huì )被施加到L2，而該電壓則來(lái)自SEPIC電容器。這時(shí)，SPEIC電容器開(kāi)始將能量通過(guò)流經(jīng)L2的突增電流轉移到L2上。在此期間，二極管處于反向偏置。
現在，電流在兩個(gè)電感器中流動(dòng)，即使開(kāi)關(guān)再次斷開(kāi)也不會(huì )出現瞬變。
3)當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，流經(jīng)L1的電流無(wú)處可走，只好經(jīng)過(guò)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。
為了讓電流繼續流經(jīng)L1，開(kāi)關(guān)上的電壓會(huì )被提升到VIN+VOUT+VDIODE的水平，而流經(jīng)SEPIC電容器的電流會(huì )再次把電容器充電，促使它能夠于開(kāi)關(guān)閉合時(shí)把能量傳送到L2。
在SEPIC電容器與L2之間存在一個(gè)能量平衡，可以幫助決定SEPIC電容器的數值，而該數值越小，操作便越穩定。
SEPIC轉換器的效率會(huì )低于一個(gè)純升壓或降壓拓撲。這主要是因為受關(guān)聯(lián)的外部元件數量增加所致。例如在電源路徑中的第二個(gè)功率電感器和SEPIC電容器的損耗便會(huì )影響電路整體的效率。SPEIC電容器是SEPIC轉換器中最關(guān)鍵的元素。因為所有的輸出功率都需要流經(jīng)它，所以會(huì )局限這種拓撲在較低功率方面的應用。
比較降壓/升壓拓撲與SEPIC拓撲會(huì )發(fā)現：降壓/升壓只需一個(gè)電感器，而且電容器數量更少一個(gè)。當輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，也就是大部份典型汽車(chē)常出現的情況，轉換器便會(huì )以降壓轉換器的形式運行，以產(chǎn)生較低的輸出紋波及為負載線(xiàn)路提供更高效率和更優(yōu)的瞬態(tài)調節。此外，SEPIC拓撲還可能會(huì )因SEPIC 電容器的寄生效應而引致更高的電磁干擾噪聲。
圖6是一個(gè)以L(fǎng)M5118仿電流模式降壓/升壓控制器來(lái)實(shí)現的降壓/升壓拓撲實(shí)例。
結論
在汽車(chē)冷起動(dòng)應用中，單電感器降壓/升壓控制器較傳統的SEPIC轉換器具有更多的優(yōu)勢：更高的效率、更優(yōu)的動(dòng)態(tài)性能及更低的電磁干擾噪聲。
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