SEPIC，Zeta和双开关降压-升压转化器
是三款常见的非反向降压-升压拓扑结构，这些拓扑结构供给正向输出以及升压/降压功用。当运转在降压-升压形式中时，一切三个转化器会阅历高电流应力和高传导损耗。可是，经过使双开关降压-升压转化器运转在降压形式或升压形式，可削减电流应力，而且可以进步功率。
介绍
降压-升压转化器被广泛运用于工业用个人核算机 (IPC)，销售点 (POS) 体系，和轿车启停体系。在这些运用中，输入电压可以高于或低于所需的输出电压。根本反向降压-升压转化器具有一个相关于接地的负输出电压。单端初级电感器转化器 (SEPIC)，Zeta转化器和双开关降压-升压转化器具有正向或非反向输出。可是，与根本反向降压-升压转化器比较，一切这三个非反向拓扑结构具有额定的功率元件，而且功率有所下降。本文介绍对这些降压-升压转化器的操作原理、电流应力和功率损耗剖析，而且提出高效非反向降压-升压转化器的规划标准。
反向降压-升压转化器
图表1显现了根本反向降压-升压转化器的电路原理图，连同接连传导形式 (CCM) 下的典型电压和电流波形。除了输入和输出电容器，功率级由一个功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)，一个二极管，和一个电感器组成。当MOSFET (Q1) 接通时 (ON)，流经电感器 (L1) 的电压为VIN，而电感器电流的斜升速率与VIN的上升速率成正比。这导致电感器内的电能累积。当Q1接通时，输出电容器供给悉数负载电流。当Q1封闭时，二极管 (D1) 被正向偏压，而且电感器电流的下降速度与VOUT的下降速度成正比。在Q1断开时，电能从电感器被传送到输出负载和电容器。
CCM形式下的反向降压-升压转化器的电压转化率可表明为：
在这里，D是Q1的占空比，而且一向在0至1的规模内。等式1表明输出电压的起伏可以高于(此刻D>0.5)或低于(此刻D0.5)输入电压。可是，输出电压与输入电压的极性一向相反。
传统非反向降压-升压转化器
反向降压-升压转化器不能满足需求正向输出电压的运用的要求。SEPIC，Zeta，和双开关降压-升压转化器是三种常见的非反向降压-升压拓扑结构。Zeta转化器，也被称为反向SEPIC，它与SEPIC相相似，可是不如SEPIC那么受欢迎，其原因在于这类转化器需求一个会添加电路复杂度的高侧驱动器。
图表1.反向降压-升压转化器
在图表2中显现了一个SEPIC转化器和其CCM形式下的抱负波形。一个SEPIC转化器的电压转化率为：
等式2表明正向输出电压和降压-升压才能。与一个反向降压-升压转化器相相似，一个SEPIC转化器具有一个单个MOSFET (Q1) 和一个单个二极管 (D1)。SEPIC转化器中的MOSFET和二极管关于电压和电流的需求与反向降压-升压转化器中此类元件的电压和电流需求相相似。同样地，MOSFET和二极管的功率损耗也是相似的。在另一方面，SEPIC转化器具有一个额定的电感器 (L2) 和一个额定的沟通耦合电容器 (Cp)。
在一个SEPIC转化器中，L1的均匀电感器电流等于输入电流 (IIN)，而L2的均匀电感器电流等于输出电流 (IOUT)。相反地，反向降压-升压转化器中的单个电感器的电流值为IIN + IOUT的均匀值。耦合电容器上会呈现相关于输入电流和输出电流的高值均方根 (RMS) 电流，这会生成额定的功率损耗，并削减转化器的整体功率。
为了削减功率损耗，需求具有低值等效串联电阻 (ESR) 的陶瓷电容器，而这样一般会使本钱添加。SEPIC转化器中与额定耦合%&&&&&%器相耦合的额定电感器会添加印刷电路板 (PCB) 的尺度以及整体解决方案本钱。耦合电感器可被用来代替两个独自的电感器，以便削减PCB尺度。可是，相关于独自的电感器，现货供应的耦合电感器的挑选规模有限。有时需求定制规划，这一也添加了本钱和交货时刻。
图表2.SEPIC转化器
一个传统双开关降压-升压转化器运用一个单个电感器(图表3)。可是，它比反向降压-升压转化器多了一个MOSFET (Q2) 和一个二极管 (D2)。经过一起接通和断开Q1和Q2，转化器运转在降压-升压形式，而电压转化率也可由等式2核算得出。这可以保证双开关降压-升压转化器履行非反向转化。在图表3中显现了运转在降压-升压形式和CCM形式下的双开关降压-升压转化器的抱负波形。在Q1和D1上都呈现值为VIN的电压应力，而Q2和D2上的电压应力值均为VOUT。在疏忽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。相对较多的功率器材数量和降压-升压形式中的高电流应力值会阻碍转化器的高功率。
双开关降压-升压转化器的作业形式优化
双开关降压-升压转化器是一个降压转化器与其后边的一个升压转化器的级联组合。除了上面说到的降压-升压形式，Q1和Q2中具有彻底相同的栅极操控信号，双开关降压-升压转化器还可以运转在降压或升压形式中。经过在VIN高于VOUT时使转化器运转在降压形式，而且在VIN低于VOUT时使转化器运转在升压形式，可完成降压-升压功用。
图表3.降压-升压运转形式中的双开关降压-升压转化器
在降压形式下，Q2被操控为一向处于断开状况，而且与典型降压转化器中相同，经过操控Q1来调理输出电压。图表4中显现了降压形式中的等效电路和CCM形式中的相应抱负波形。电压转化率与典型降压转化器的转化率相同：
在这里D是Q1的占空比。在降压形式下，因为D一向小于1，所以输出电压一向低于输入电压。三个方面的原因使得降压形式的功率有或许高于降压-升压形式的功率。首要，Q2在降压形式中一向处于断开状况，这意味着其间没有功率耗散。第二点，在降压形式下，Q1，D1和L1中的电流应力值仅仅IOUT，而这个值要低于降压-升压形式中的值IIN + IOUT，这就有或许削减功率损耗。第三点，尽管D2的传导损耗坚持不变，因为D2一向处于传导状况，降压形式中的反向恢复损耗被消除。
经过将Q1一向坚持在接通状况，D1被反向偏置偏压而且坚持断开状况，然后双开关降压-升压转化器运转在升压形式下。与典型升压转化器相相似，经过操控Q2来调理输出电压。图表5中显现了升压形式下的等效电路，以及CCM形式中的相应抱负波形。电压转化率与典型升压转化器中的转化率相同：
在这里D是Q2的占空比。在升压形式下，因为D一向大于零，输出电压一向大于输入电压。相似地，因为具有较少的运转功率器材和更低的电流应力值，在升压形式下可以完成比降压-升压形式更高的功率。
图表4.双开关降压-升压转化器的降压形式运转
图表5.双开关降压-升压转化器的升压形式运转
高效双开关降压-升压转化器的完成
双开关降压-升压转化器可以运转在降压-升压、降压或升压形式下。作业形式的不同组合可以用来完成升压和降压功用。需求适宜的操控电路来保证所需的运转形式。表格1中汇总了四个不同作业形式组合间的比较成果。纯降压-升压形式的特点是操控最为简略，可是在VIN规模内的升压和降压转化功率不高。
表格1.作业形式比较
降压、降压-升压和升压形式的组合有或许在VIN规模内完成高功率。可是，因为多个作业形式和导致的不同形式之间的转化，其操控十分复杂。在许多运用中，输入电压一般只在短时刻内会下降到低于输出电压的水平。在这些运用中，升压转化功率不像降压转化功率那么要害。同样地，降压和降压-升压形式的组合很好地平衡了操控复杂度和功率之间的联系。
图表6显现了运用德州仪器 (TI) 出产的LM5118双形式操控器来完成双开关降压-升压转化器的实践办法。这个转化器在输入电压高于输出电压时充任降压转化器的人物。跟着输入电压挨近并超越输出电压，它转变为降压-升压形式。在降压形式和降压-升压形式之间有一个较短的渐进转化区域，以便消除转化期间对输出电压的搅扰。
图表6.双开关降压-升压转化器特有降压和降压-升压作业形式
在这个示例中，标称输出电压为12V。当VIN高于15.5V时，转化器运转在降压形式。当VIN下降到13.2V以下时，转化器的作业形式变为降压-升压形式。当VIN介于15.5V和13.2V之间时，转化器运转在转化形式。图表7显现了开关节点1 (SW1) 和开关节点2 (SW2) 的电压波形。在降压形式下 (VIN = 24V)，SW2电压坚持稳定，这表明Q2被坚持在断开状况。相反地，Q2以及Q1在降压-升压形式中正在被切换 (VIN = 9V)。图表8显现负载电流为3A时相关于输入电压的功率。经过在降压形式中运转，转化器可进步降压转化的功率。
图表7.开关节点上的电压波形
图表8.相关于输入电压的功率
定论
SEP%&&&&&%，Zeta和双开关降压-升压转化器是三款常见的非反向降压-升压拓扑结构，这些拓扑结构供给正向输出以及升压/降压功用。当运转在降压-升压形式中时，一切三个转化器会阅历高电流应力和高传导损耗。可是，经过使双开关降压-升压转化器运转在降压形式或升压形式，可削减电流应力，而且可以进步功率。
