基于 ZETA 拓扑结构的 DC/DC 转换器设计

占空比

假设 100% 效率占空比 D，用于 CCM 运行的 ZETA 转换器，其为：

它还可以被重写为：

Dmax 出现在 VIN(min)，而 Dmin 出现在 VIN(max)。

选择无源组件

设计任何 PWM 开关调节器的首要步骤之一便是决定允许多少电感纹波电流 ΔIL(PP)。过多会增加 EMI，而过少又会导致不稳定的 PWM 运行。一般原则是给 K 分配一个介于 0.2 和 0.4 平均输入电流之间的值。理想纹波电流的计算如下：

在理想紧密型耦合电感中，每个电感的单芯上都有相同的绕组数，这时耦合迫使纹波电流在两个耦合电感之间等分。在现实耦合电感中，电感并没有相等的电感，并且纹波电流也不会完全相等。无论如何，在理想纹波电流值的情况下，如果存在两个单独的电感，则我们将耦合电感中要求的电感估算为实际需要的一半，如方程式 4 所示：

为了能够承受负载瞬态，在高端电感中，耦合电感的饱和电流额定值需至少为稳态峰值电流的 1.2 倍，其计算方法如方程式 5 所示：

请注意，IL1b(PK) = IOUT +ΔIL/2，其小于 IL1a(PK)。

与降压转换器一样，ZETA 转换器的输出有非常低的纹波。方程式 6 计算了完全由电容值引起的输出纹波电压部分：

其中 fSW(min) 为最小开关频率。方程式 7 计算了完全由输出电容 ESR 引起的输出纹波电压部分：

请注意，这两个纹波电压部分均被相移，且不直接相加。就低 ESR（例如：陶瓷电容）电容而言，可以忽略 ESR 部分电压。要想满足应用的负载瞬态要求，最小电容限制是必需的。

输出电容必须有一个大于电容 RMS 电流的 RMS 电流额定值，其计算方法如方程式 8：

输入电容和耦合电容吸取和下拉的电流电平相同，但开关周期相反。与降压转换器类似，输入电容和耦合电容都需要 RMS 电流额定值，

方程式 10a 和 10b 计算了完全由各自电容器电容值引起的输出纹波电压部分：