作者:John Betten
如何將單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)同步?
發(fā)布時(shí)間:2015-05-20 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】與所有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣,SEPIC在某些性能方面也可能收效不佳。其中的一個(gè)不足之處就是二極管整流導(dǎo)致的受限最大輸出電流。讓我們來(lái)看看如何同步輸出才能對(duì)此有幫助。
作者:John Betten
單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)在降低或升高輸入電壓以維持穩(wěn)定的輸出電壓方面功不可沒(méi)。這在汽車應(yīng)用或可能提供多個(gè)輸入源的系統(tǒng)中非常有用,但您不一定要更改轉(zhuǎn)換器類型。SEPIC具有許多優(yōu)勢(shì)(如極小的有源部件),并且只需要一個(gè)低成本的升壓型或反激式控制器。
圖1展示了一個(gè)基本的SEPIC電路,圖2則詳細(xì)說(shuō)明了對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵電壓和電流波形。當(dāng)Q2打開時(shí),它導(dǎo)通的電流量是流經(jīng)L1每個(gè)繞組的電流總和。這個(gè)總和等于輸入電流加上輸出電流,且在滿載且輸入電壓最小時(shí)達(dá)到其最大值。當(dāng)Q2關(guān)閉時(shí),這兩種電流通過(guò)D1改道至輸出電容器和負(fù)載。當(dāng)Q2關(guān)閉后電流只能在D1內(nèi)流動(dòng),因?yàn)楫?dāng)Q2打開時(shí)D1是反向偏置的。
圖1:耦合電感器SEPIC轉(zhuǎn)換器擁有兩條電流路徑
圖2:連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)SEPIC的關(guān)鍵波形
在D1中流動(dòng)的電流的大小為Iout/(1-D),如圖2所示。傳導(dǎo)電流可顯著大于Iout,因?yàn)檩斎腚妷哼h(yuǎn)低于Vout(這種情況下占空比變大)。很容易就能看出,當(dāng)以50%的占空比運(yùn)行時(shí)(這種情況下輸入和輸出電壓相等),D1中的電流是輸出電流的兩倍。D1中的平均電流為Iout,但是為計(jì)算D1中的功耗,當(dāng)Iout/(1-D)較高時(shí)有必要使用二極管的正向電壓降。這樣就能用公式1計(jì)算最大的二極管耗散:
PD1 = [Iout * Vd1],其中Vd1是 時(shí)的二極管正向電壓降。(1)
用Iout/(1-D)計(jì)算功耗可能需要使用額定電流比預(yù)期更高的二極管以及熱增強(qiáng)型封裝。
圖3用LM5122同步升壓型控制器實(shí)現(xiàn)了同步SEPIC轉(zhuǎn)換器。它允許使用一個(gè)N通道的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)(Q1)來(lái)替換二極管D1,從而能降低損耗或在損耗相同的情況下允許更多的輸出電流。
圖3:用同步升壓型控制器和浮動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的同步SEPIC轉(zhuǎn)換器可提高效率
SEPIC擁有兩個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)(TP2、TP3),而不是單個(gè)升壓的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。SEPIC同步場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(Q1)的柵極不能直接連接到升壓型控制器的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器,因?yàn)樗脑礃O(TP3)與它的SW引腳(TP2)不在同一電位。為了驅(qū)動(dòng)它,筆者添加了一個(gè)由R3/D2/C15構(gòu)成的浮動(dòng)電平移位器電路。C15具有跨越其兩端的VIN的電壓降,這與“快速”電容器C1的電壓相同,從而能提供跨Q1柵極至源極的正確電壓擺幅。R3/D2可恢復(fù)正確的柵極驅(qū)動(dòng)器偏移量(低 = - 0.5V,高 = 7V)。
概括地說(shuō),由于熱限制的原因,SEPIC轉(zhuǎn)換器的整流器損耗可對(duì)所需的最大輸出電流強(qiáng)加一個(gè)實(shí)際的限制。隨著該轉(zhuǎn)換器的輸入電壓下降,二極管的導(dǎo)通電流會(huì)增加,從而增加損耗,提高溫度并影響效率。通過(guò)用同步FET代替二極管,就能減少這些損耗。在圖3所示的范例電路中,在損耗相同的情況下,其輸出電流比傳統(tǒng)SEPIC增加了1A多。同步整流可獲得超過(guò)95%的效率。
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