不要在降壓-升壓模式下操作 4 開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

DC/DC 轉(zhuǎn)換器將輸入電壓源轉(zhuǎn)換為所需的電壓電平。當(dāng)輸入電壓高于所需的輸出電壓時，我們需要一個降壓轉(zhuǎn)換器。反之，當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓時，則需要升壓轉(zhuǎn)換器。在輸入電壓可能高于或低于輸出電壓的應(yīng)用中，我們需要的是降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。

存在多種用于實現(xiàn)同相降壓-升壓(降壓和升壓)轉(zhuǎn)換的拓撲，例如單端初級電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC)、Zeta 轉(zhuǎn)換器、雙開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器和四開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器。然而，使用這些拓撲結(jié)構(gòu)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換不如基本降壓或升壓轉(zhuǎn)換器高效。這背后的原因是什么?有什么辦法可以提高效率嗎?

當(dāng)一個轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可以高于或低于穩(wěn)壓輸出且不需要提供隔離時，對于基于變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)來說，四開關(guān)降壓 - 升壓型轉(zhuǎn)換器通常是一種較好的替代方案。降壓 - 升壓型轉(zhuǎn)換器可提供一個較寬的輸入電壓范圍、更高的效率且無需使用龐大笨重的變壓器。相比于功能相當(dāng)?shù)?SEPIC 轉(zhuǎn)換器，降壓 - 升壓型轉(zhuǎn)換器的效率要高得多。

讓我們以一個四開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器為例來回答這些問題。仔細觀察四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器拓撲，我們會發(fā)現(xiàn)它實際上是降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的級聯(lián)組合。不知何故，我們應(yīng)該能夠?qū)⑵溆米鹘祲恨D(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器。圖 1 顯示了降壓或升壓模式與傳統(tǒng)降壓-升壓模式之間的比較。

在傳統(tǒng)的升降壓模式下工作時，Q 1和 Q 2共享一個柵極控制信號，而 Q 3和 Q 4共享另一個。這兩個柵極控制信號相互補充。在降壓或升壓模式下，當(dāng)V IN高于V OUT時，Q 2保持關(guān)閉，而Q 4始終關(guān)閉;因此它像典型的降壓轉(zhuǎn)換器一樣工作。相反，當(dāng)V IN低于V OUT時，Q 1始終導(dǎo)通而Q 3保持截止;然后它作為一個典型的升壓轉(zhuǎn)換器工作。

在降壓-升壓模式下，所有四個開關(guān)都在每個周期內(nèi)切換。相比之下，在降壓模式或升壓模式下，每個周期中只有兩個開關(guān)在切換。每個周期內(nèi)更多的開關(guān)開關(guān)本質(zhì)上會產(chǎn)生更多的開關(guān)損耗。此外，在降壓-升壓模式 ( I IN + I OUT )中流過電感器和開關(guān)的平均電流或基座電流高于降壓模式 ( I OUT ) 和升壓模式 ( I IN )，這會導(dǎo)致更高的傳導(dǎo)損耗. 因此，降壓或升壓模式下的效率遠高于降壓-升壓模式。

我們可以使用 TI最新的寬 V IN四開關(guān)降壓-升壓控制器LM5175實現(xiàn)優(yōu)化的降壓或升壓模式控制。從評估模塊測得的效率在整個 V IN范圍內(nèi)顯示出非常高的效率。

因此，為了實現(xiàn)高效率，請勿在降壓-升壓模式下運行四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。而是在降壓模式或升壓模式下運行。你的選擇是什么?