在本文中,我将从不同方面深入介绍降压,升压和降压-升压拓扑。
01降压转换器图1是非同步降压转换器的示意图。
降压转换器将其输入电压降低至较低的输出电压。
当开关Q1接通时,能量转移到输出端。
图1:非同步降压转换器的示意图公式1计算占空比:公式2计算最大金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)应力:公式3给出最大二极管应力:其中Vin是输入电压和Vout是输出电压,而Vf是二极管正向电压。
与线性稳压器或低压差稳压器(LDO)相比,输入电压和输出电压之间的差异越大,降压转换器的效率越高。
尽管降压转换器的输入端有脉冲电流,但由于电感电容(LC)滤波器位于转换器的输出端,因此输出电流是连续的。
结果,反射到输入端子的电压纹波将大于输出端子的纹波。
对于占空比较小且输出电流大于3A的降压转换器,建议使用同步整流器。
如果您的电源要求输出电流大于30A,则建议使用多相或交错式功率级,因为这样可以最大程度地降低组件应力,在多个功率级之间分配产生的热量,并减少转换器输入端的反射。
使用N-FET时,占空比受到限制,因为自举电容器需要在每个开关周期进行充电。
在这种情况下,最大占空比在95-99%的范围内。
降压转换器通常具有良好的动态特性,因为它们具有正向拓扑。
可达到的带宽取决于误差放大器的质量和所选的开关频率。
图2至图7显示了非同步降压转换器在连续导通模式(CCM)下的FET,二极管和电感器的电压和电流波形。
02升压转换器升压转换器将其输入电压升压至更大的输出电压。
当开关Q1不导通时,能量转移到输出端子。
图8是非同步升压转换器的示意图。
图8:非同步升压转换器的示意图公式4计算占空比:公式5计算最大MOSFET应力:公式6给出最大二极管应力:其中Vin是输入电压,Vout是输出电压,Vf是二极管正向电压。
使用升压转换器,您可以看到脉冲输出电流,因为LC滤波器位于输入端。
因此,输入电流是连续的,并且输出电压纹波大于输入电压纹波。
设计升压转换器时,重要的是要知道,即使转换器不进行开关操作,输入与输出之间也将存在永久连接。
必须采取预防措施,以防止在输出端发生短路事件。
对于大于4A的输出电流,应使用同步整流器代替二极管。
如果电源需要提供大于10A的输出电流,则强烈建议使用多相或交错式功率电平。
在CCM模式下工作时,由于其传递函数的右半平面零(RHPZ),升压转换器的动态特性受到限制。
由于RHPZ无法补偿,因此可达到的带宽通常小于RHPZ频率的五分之一至十分之一。
请参见公式7:其中Vout是输出电压,D是占空比,Iout是输出电流,L1是升压转换器的电感。
图9至图14显示了非同步升压转换器在CCM模式下FET,二极管和电感器的电压和电流波形。
03降压-升压转换器降压-升压转换器是降压和升压功率级的组合,共享相同的电感器。
请参见图15。
图15:双开关降压-升压转换器的示意图降压-升压拓扑非常实用,因为输入电压可以小于,大于或等于输出电压,并且输出功率大于50W。
对于小于50W的输出功率,单端初级电感转换器(SEPIC)是一种更具成本效益的选择,因为它使用的元件更少。
当输入电压大于输出电压时,降压-升压转换器工作在降压模式;反之亦然。
当输入电压小于输出电压时,它将工作在升压模式。
当转换器在输入电压处于输出电压范围内的传输区域工作时,有两种概念可以处理这些情况:降压和升压级同时处于活动状态,或者开关周期介于降压之间并提升A级