使用TI的串联电容降压转换器进行设计：串联电容降压拓扑

大家好！ 欢迎参加 TI 关于串联电容器降压 转换器的培训。 我是 TI 的直流解决方案团队系统工程师 Pradeep Shenoy。 在这一集中，我们将探讨串联电容器降压 转换器拓扑。 串联电容器降压转换器 是一种独特的转换器拓扑， 融合了开关电容器电路和两相降压转换器的 优点。 您可以在左侧看见转换器的图像。 它非常简单。 该转换器仅在常规两相降压转换器上 添加了一个额外的组件，即串行电容器， 它还具有一对不同的连接点。 但是，它能在单个转换阶段提供 非常可靠的高频转换器。 利用此转换器，您将获得的重要优势之一是 降低的开关电压。 这将导致开关损耗降低。 此转换器的另一优势是， 该串联电容器采用软充电和放电， 也就是说，与传统开关 电容器电路相反， 后者的电容器具有极高的电流脉冲， 并采用硬充电。 但在此转换器拓扑中，电感器作为电流源， 对串联电容进行 软充电和放电。 您还可在此转换器中实现自动电流平衡， 这意味着，您无需额外的 回路来强制 两个电感器电流相等。 您也不必借助任何电流感应元件 来实现这一点。 您将获得的另一项优势是，与具有相同转换比的 传统降压转换器相比， 其占空比增加了一倍。 目前，此拓扑的一个缺点是， 它具有 50% 的占空比限制。 这意味着高侧开关 Q1A 和 Q2B 无法同时接通。 实际上，串联电容器在转换器中 提供了固有的2 比 1 降压， 因此，理论最低输入电压是 输出电压的四倍。 从实际上而言，如果考虑损耗， 您的最低输入电压 将是输出电压的五倍。 现在，让我们来看一下此转换器在稳态下的 操作阶段。 在间隔 1 期间，A 相的高侧开关， 也就是开关 Q1A 保持接通，电感器 A 中的 电感器电流将对串联电容器少量充电。 您可在左下方看见串联电容中的 差动电压 增加大约150 毫伏。 必须注意的是，该串联电容器 主要用作直流电压源， 其电压为输入电压的一半。 在此情况下，由于我们假设输入电压 为 12 伏，则串联电容电压为大约 6 伏。 电感器电流和串联电容器电流 显示在右上方。 您可以看到，红色虚线显示的 串联电容电流与右上方 蓝色显示的电感器电流 完全相同。 此时，在该时间间隔期间， A 相上的开关节点电压 VSWA 约为 6 伏。 由于 B 相的低侧开关已接通， B 相的开关节点电压 基本上是接地电压。 在第二个间隔中，两个低侧开关 都在 Q2A 和 Q2B 上。 这与您的传统两相降压转换器 非常相似。 您将在右上方看到这两个传感电流 都有一个负斜率。 另外值得注意的是，没有电流 流入或流出串联电容器。 因此，串联电容器中的电压 保持恒定。 如左下方的图中所示，没有任何变化。 另外，正如您所期望的，这两个开关节点电压 都是接地电压。 间隔 3 是真正有趣的地方。 在此情况下，低侧开关，即 A 相开关 Q2A 接通， B 相的高侧开关 Q1B 也接通。 也就是说，它实质上 作为 B 相输入电容器 连接该串联电容器。 该输入电容器的负极 接地，正极 通过 B 相的高侧开关，也就是 开关 Q1B 连接到B 相的开关节点 VSWB。 电流是由 B 相中的电感器从 该串联电容所获取的。您可以看见电流 从电容器中流出，如右上方所示。 该串联电容器中也会流出负电流， 因此，该串联电容的 差动电压会降低， 如左下方所示。 A 相的开关节点电压为接地电压， 而 B 相的开关节点电压再次为 输入电压的一半或 6 伏。 在最后一个间隔，即间隔 4 中， 它基本上与第二个间隔相同， 两个低侧开关均接通。 我们在此进行介绍只是出于完整性考量。 没有电流流入或流出该串联 电容器，其电压不变。 这两个开关节点电压均为接地电压， 且电感器电流以线性斜率下降。 本集到此结束。 有关 TI 串联电容器降压转换器的更多培训， 请访问ti.com/seriescap。