双开关降压-升压转换器的工作模式优化
双开关降压-升压转换器是一个降压转换器与其后面的一个升压转换器的级联组合。除了上面提到的降压-升压模式,Q1和Q2中具有完全一样的栅极控制信号,双开关降压-升压转换器还可以运行在降压或升压模式中。通过在VIN高于VOUT时使转换器运行在降压模式,并且在VIN低于VOUT时使转换器运行在升压模式,可实现降压-升压功能。
图表3电感器厂家.降压-升压运行模式中的双开关降压-升压转换器
在降压模式下,Q2被控制为始终处于断开状态,并且与典型降压转换器中一样,通过控制Q1来调节输出电压。图表4中显示了降压模式中的等效电路和CCM模式中的相应理想波形。电压转换率与典型降压转换器的转换率一样:
在这里D是Q1的占空比。在降压模式下,由于D一直小于1,所以输出电压始终低于输入电压。三个方面的原因使得降压模式的效率有可能高于降压-升压模式的效率。首先,Q2在降压模式中始终处于断开状态,这意味着其中没有功率耗散。第二点,在降压模式下,Q1,共模电感器D1和L1中的电流应力值只是IOUT,大电流电感而这个值要低于降压-升压模式中的值IIN + IOUT,这就有可能减少功率损耗。第三点,虽然D2的传导损耗保持不变,由于D2始终处于传导状态,降压模式中的反向恢复损耗被消除。
通过将Q1一直保持在接通状态,D1被反向偏置偏压并且保持断开状态,然后双开关降压-升压转换器运行在升压模式下。与典型升压转换器相类似,通过共模电感控制Q2来调节输出电压。图表5中显示了升压模式下的等效电路,以及CCM模式中的相应理想波形。电压转换率与典型升压转换器中的转换率一样:
在这里D是Q2的占空比。在升压模式下,由于D始终大于零,输出电压一直大于输入电压。相似地,由于具有较少的运行功率器件和更低的电流应力值,在升压模式下可以实现比降压-升压模式更高的效率。
图表4.双开关降压-升压转换器的降压模式运行
图表5.双开关降压-升压转换器的升压模式运行
高效双开关降压-升压转换器的实现
双开关降压-升压转换器可以运行在降压-升压、降压或升压模式下。工作模式的不同组合可以用来实现升压和降压功能。需要合适的控制电路来确保所需的运行模式。表格1中汇总了四个不同工作模式组合模压电感间的比较结果。纯降压-升压模式的特点是控制最为简单,但是在VIN范围内的升压和降压转换效率不高。
表格1.工作模式比较
降压、降压-升压和升压模式的组合有可能在VIN范围内实现高效率。然而,由于多个工作模式和导致的不同模式之间的转换,其控制十分复杂。在很多应用中,输入电压通常只在短时间内会下降到低于输出电压的水平。在这些应用中,升压转换效率不像降压转换效率那么关键。同样地,降压和降压-升压模式的组合很好地平衡了控制复杂度和效率之间的关系。
图表6显示了使用德州仪器 (TI) 生产的LM5118双模式控制器来实现双开关降压-升压转换器的实际方法。这个转换器在输入电压高于输出电压时充当降压转换器的角色。随着输入电压接近并超过输出电压,它转变为降压-升压模式。在降压模式和降压-升压模式之间有一个较短的渐进转换区域,以便消除转换期间对输出电压的干扰。
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