应用非隔离直流-直流转换器设计提高转换效率

在直流-直流转换器设计中，当输入等于输出时，如果仍然采用输入与输出不等时的转换方法，转换效率将得不到提高，此时可用几种非隔离直流-直流转换方法，包括SEPIC、降压-升压法以及降压升压电路组合法等。本文分析了其中四种方法，并对典型应用中的效率问题进行了特别关注。

大多无隔离输入-输出稳压方案都有一个根本缺点，即当输入等于输出时，和输入输出不相等时的情况相比其效率并没有提高。从一些常用方法如SEPIC、C'uk及降压+升压组合电路可以明显得出这个结果，即使当输入电压接近或等于输出电压时，它们仍然采用电压完全不同的开关模式进行处理。

如果控制正确，经典的降压和升压级联电路在输入接近或等于输出电压时其效率应该比其它情况更高。这并不是一个新的发现，已有文献记载且在实际中已有应用，但这种应用因为不是直流-直流应用的主流，所以似乎被人们所忽视了，目前主要用于大型主机计算机的高功率三相功率校正系统，故其未被列入常见的直流-直流转换技术之中也并不令人感到惊讶。

下面我们将分析四种拓扑结构，即三种降压+升压组合电路和一种单端初级电感转换器(SEPIC)，在每种情况里都采用典型元件，且都包含寄生损耗。这里没有包括传统的降压-升压转换器和C'uk转换器，因为在非隔离电路中输出和输入的极性是相反的。

电路结构

图1到图4是这几种电路的原理图，分别为升压+降压、SEPIC、降压+升压以及另一种降压+升压(两个开关同时驱动)电路，其中D1和D2分别是开关S1和S2的占空比。下面是详细的分析。

1．升压+降压转换器

图1a的电路尽管是四个电路中最复杂的，却有几个优点。它的输入和输出电流被电感平滑处理，减小了输入和输出端的纹波电流以及对电容C1和C3的电流应力。但是这一方案也有缺点，电容C2的电流不管是当Vin小于Vout时来自CR1还是当Vin大于Vout来自S2，它都会有中断，而且它需要两个电感。

虽然电路工作时要两个开关同时驱动(其转换方程与图1d给出的相同)，但最有效的控制方法是在需要升压功能(Vin小于Vout)时通过脉冲宽度调制(PWM)驱动S1，同时保持S2导通，而在需要降压功能(Vin大于Vout)时通过PWM驱动S2，同时保持S1断开。这是一个很好的方案，因为当Vin=Vout时不需要任何开关模式功率处理，S1断开而S2接通，功率只通过直流电路从输入传输到输出，并且当输入近似等于输出时，只需要最小开关模式的功率处理。