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從升壓轉換器獲得更多升壓

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Technology

從升壓轉換器獲得更多升壓

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2020/08/24
瀏覽量

  升壓轉換器從較低的輸入電壓提供較高的輸出電壓。要獲得最大的“升壓”,需要最大化工作占空比。
  升壓控制器對其最大連續占空比有一個限制,通常在較低的開關頻率下最高。如果超過此最大占空比,則會發生脈沖跳躍,這通常是不希望的,應避免。許多控制器的最大占空比在80%至90%的范圍內,如果它們以非常低的開關頻率工作,則可能會增加幾個百分點。低開關頻率需要更大的組件和更大的電路板面積。但是,即使在低開關頻率下運行,您仍然可能無法獲得足夠的升壓。所以,你可以做什么?
  圖1 顯示了傳統升壓轉換器功率級的簡化示意圖。它的主要優點是組件數量少,標準電感器以及實現簡單的低側升壓控制器的能力。但是,此基本升壓的一個關鍵限制是,假設最大占空比為90%,它只能提供10:1的最大升壓比。如果您需要更多升壓,則可以嘗試使用帶有電荷泵倍增器的反激或升壓轉換器。添加到升壓中的電荷泵適合于低輸出電流,但需要額外的組件來實現。反激也是一種合理的解決方案。但是,存在一種更簡單的解決方案,即更少的變壓器引腳,更低的匝數比和更低的漏感。


 
圖1傳統的單電感升壓轉換器功率級。
圖2 顯示了一個自耦變壓器升壓轉換器。它在同一磁芯上使用兩個串聯的繞組,該繞組的作用就像是沒有隔離的變壓器。與反激電路相比,將原邊與副邊串聯可降低所需的匝數比,同時還需要更少的引腳。
 圖2自耦變壓器升壓轉換器提供的輸出電壓比傳統升壓轉換器高。

公式1表示對于給定的Vin,Vout和n2 / n1匝數比(忽略場效應晶體管[FET]和電流檢測電阻壓降),在連續導通模式(CCM)下工作的占空比:
 
您可以看到,對于較大的n2 / n1匝數比,占空比會降低。這對于提供更高的輸出電壓是有利的。公式2求解Vout的表達式:
 
  您可以看到,如果n2 / n1 = 0,則表達式與傳統升壓轉換器的表達式相同。因此,對于非零的n2 / n1匝數比,Vout會增加等于(n2 / n1)* Vin * d /(1-d)的附加值,因此可能會有更高的輸出電壓。
  圖3 繪制了幾種n2 / n1匝數比的升壓比Vout / Vin與占空比的關系曲線,其中傳統的升壓比為零。在90%的占空比下,傳統的升壓比為10,而對于n2 / n1 = 1,升壓比為19,從而使輸出電壓幾乎提高了兩倍。您可以使用標準耦合電感器輕松實現1比1的n2 / n1比率,其中許多電感器很容易獲得。較大的匝數比可以提供更高的輸出電壓。

 
圖3抽頭電感器可降低占空比并實現更高的輸出電壓。

  通常,您會根據設計規格了解升壓比。最大實際占空比由選擇的控制器和所需的開關頻率確定。圖4 顯示了如何輕松確定所需匝數比。例如,假設您需要從10V輸入中獲得250V輸出,并且希望將最大占空比限制為80%。選擇250 V / 10 V = 25的升壓比,并遵循藍色曲線(d = 0.8);所需的n2 / n1為5。
公式3顯示了FET關斷時的電壓應力,而公式4顯示了整流器反向電壓應力:
 
  對于上面的設計示例,FET和整流器的電壓應力分別為50 V和300V。FET的電壓應力大大低于傳統的升壓,傳統的升壓跨度約為250 V!由于將存在漏感,因此ñ 為了減少振鈴,可能需要使用電阻電容緩沖器。

 
圖4通過選擇升壓比和最大占空比來確定所需的匝數比。

  在CCM升壓轉換器中實現自耦變壓器具有多個優點。只需增加一個繞組,就可以增加輸出電壓,使其超過傳統的升壓轉換器。它降低了工作占空比,從而實現了更高的開關頻率,更小的元件尺寸和更低的FET電壓。降低的占空比還可以提供更多的控制器選擇,這些控制器以前在傳統的升壓轉換器中實現時無法以足夠高的占空比工作。

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