基于应用非隔离直流的直流转换器

1． 元件选择

用一组损耗特性适合用于转换器的元件对四个电路进行仿真，转换器的输出为2A 24Vdc，输入范围是18到44Vdc。这些参数与现有的电流和电压表达式一起输入到数据表中，然后画出结果曲线进行比较，工作频率为100kHz。在有两个开关S1和S2的情况下，接地开关是一个N沟道FET，而上面的开关是一个P沟道FET，二极管是肖特基型，设正向电压为0.6V。电感为150μH 4A，内阻是0.1Ω，电容为高质量、低阻抗类型，其损耗经过计算表明可以忽略。对FET的开关损耗进行估计，假设开关时间是100ns，忽略二极管的开关损耗，控制电路的损耗假设也是可以忽略的。

FET的特性如下：

P-沟道：

ON Semi MTD5P06V，RDS(on)=0.45ΩN-沟道：

ON Semi NTD15N06，RDS(on)=0.09Ω

电感值选为150μH，这样电感和其它元件中的纹波电流大约为20%，可以无须顾虑电流波形摆动而将其看作平顶电流脉冲。

2．损耗计算

我们为四个电路设计了一个电子表格，设定输出电压为24V，电流为2A，然后将输入电压以2V间隔递增计算其性能。在SEPIC和图1d(D1=D2)中，因为传递函数(Vout/Vin)在电压低于或高于输出电压时是一样的，所以过程可以简化。而另外两个电路则要取决于输入是小于还是大于输出而采用不同的函数。

因为FET中的导通损耗是电阻性的，所以要计算导通电流，并进行平方然后乘以电阻，最后乘以导通占空比(D)算出开关周期中的平均损耗。图1a到图1d下面的传递函数用于确定每个元件的工作条件(以仔细分析每个电路的工作细节)。

电路性能

图2显示了四个电路的性能特性，请注意两个双模电路表现出的优异性能，特别是当输入电压几乎等于输出电压(24V)时它们的效率。SEPIC效率相当高，而且输入接近输出电压时也是如此。当输入电压增加时，它的效率更高，因为输入电流降低了。应注意开关同时驱动(D1=D2)的降压+升压电路效率较差。图3是相同的数据，但是没有第四个电路，所以垂直坐标可以放大，以便更详细地比较前三个电路。

注意当输入电压低于或高于输出电压时，升压+降压双模转换器的效率更高，这是因为平滑的输入电流和输出电流降低了元件的应力。尽管中间电容受纹波电流的影响，但如今有了低阻抗电解电容，它的影响可以不用考虑。

本文结论

对四个电路性能进行建模，可得出降压+升压双模转换器样机实验室测试数据。数据表明该电路在输入电压接近输出电压时有优异的性能，而升压+降压双模转换器在更广的输入电压范围具有很好的性能，比较而言SEPIC电路较简单，但效率不太高，两个开关同时驱动的降压+升压电路容易控制(但是不如SEPIC简单)，不过效率也比较低。