传统非反向降压-升压转换器

反向降压-升压转换器不能满足需要正向输出电压的应用的要求。SEPIC,Zeta,和双开关降压-升压转换器是三种常见的非反向降压-升压拓扑结构。Zeta 转换器,也被称为反向SEPIC,它与SEPIC相类似,但是不如SEPIC那么受欢迎,其原因在于这类转换器需要一个会增加电路复杂度的高侧驱动器。

在图表2中显示了一个SEPIC转换器和其CCM模式下的理想波形。一个SEPIC转换器的电压转换率为:

等式2表示正向输出电压和降压-升压能力。

与一个反向降压-升压转换器相类似,一个SEPIC转换器具有一个单个MOSFET (Q1) 和一个单个二极管 (D1)。SEPIC转换器中的MOSFET 和二极管对于电压和电流的需求与反向降压-升压转换器中此类元件的电压和电流需求相类似。同样地,MOSFET 和二极管的功率损耗也是相似的。在另一方面,SEPIC转换器具有一个额外的电感器 (L2) 和一个额外的交流耦合电容器 (Cp)。

在一个SEPIC转换器中,L1的平均电感器电流等于输入电流 (IIN),而L2的平均电感器电流等于输出电流 (IOUT)。相反地,反向降压-升压转换器中的单个电感器的电流值为IIN + IOUT 的平均值。耦合电容器上会出现相对于输入电流和输出电流的高值均方根 (RMS) 电流,这会生成额外的功率损耗,并减少转换器的总体效率。

为了减少功率损耗,需要具有低值等效串联电阻 (ESR) 的陶瓷电容器,而这样通常会使成本增加。SEPIC转换器中与额外耦合电容器相耦合的额外电感器会增加印刷-电路板 (PCB) 的尺寸以及总体解决方案成本。耦合电感器可被用来替代两个单独的电感器,以便减少PCB尺寸。然而,相对于单独的电感器,现货供应的耦合电感器的选择范围有限。有时需要定制设计,这一也增加了成本和交货时间。

一个传统双开关降压-升压转换器使用一个单个电感器(图表3)。然而,它比反向降压-升压转换器多了一个MOSFET (Q2) 和一个二极管 (D2)。通过同时接通和断开Q1和Q2,转换器运行在降压-升压模式,而电压转换率也可由等式2计算得出。这可以确保双开关降压-升压转换器执行非反向转换。在图表3中显示了运行在降压-升压模式和CCM 模式下的双开关降压-升压转换器的理想波形。在Q1和D1上都出现值为VIN的电压应力,而Q2 和D2上的电压应力值均为VOUT 。在忽略电感器纹波电流的情况下,Q1,Q2,D1 和L1 上的电流应力值均为IIN + IOUT 。相对较多的功率器件数量和降压-升压模式中的高电流应力值会妨碍转换器的高效率。