基于ZETA拓撲結構的DC/DC轉換器設計

環路設計

ZETA 轉換器是一種具有多個實復極頻和零頻的四階轉換器。與SEPIC 轉換器不同，ZETA 轉換器沒有右半面零點，并且更容易獲得補償，以使用更小的輸出電容值達到更大環路帶寬和更好負載瞬態結果。參考文獻1 提供一個基于狀態空間平均法的較好數學模型。該模型將電感DC 電阻(DCR) 排除在外，但卻包括了電容ESR。盡管參考文獻1 中的轉換器使用陶瓷電容，但就后面的設計舉例而言，電感DCR 代替了電容ESR，這樣模型便可以更加緊密地匹配測得值。開環路增益帶寬（即利用一個可接收的典型45o 相位余量讓增益穿過零頻的頻率），應該大于L1b 和C_C 的諧振頻率，這樣反饋環路便可以在該諧振頻率下利用基頻阻尼輸出端出現的非正弦紋波。

設計舉例

就本例而言，諸多要求都是針對一個η= 0.9 峰值效率的12-V、1-W 電源。負載為穩態，因此幾乎看不到負載瞬態。2-A 輸入電源為9 到15V。我們選擇了異步電壓模式控制器即TI TPS40200，其工作在340 和460kHz 之間的開關頻率下。輸入端和快速電容器的最大允許紋波分別為彼此交叉最大電壓的1%。最大輸出紋波為25 mV，而最大環境溫度為55oC。由于EMI 并不是問題，通過使用最小輸入電壓，我們選擇了具有更低電感值的電感。下一頁的表1 概括了前面介紹的一些設計計算方法。我們忽略了方程式7 到9 以及方程式11，因為使用了高RMS 電流額定值的低ESR 陶瓷電容。

表1舉例ZETA轉換器設計計算

圖4 顯示的是示意圖，而圖5 則顯示了ZETA 轉換器的效率。在下一頁，圖6 顯示了轉換器在深度CCM 下的運行情況，而圖7 則顯示了環路響應。

圖41A 電流時9V 到15V V_IN 和12-V V_OUT 的ZETA 轉換器設計

圖5舉例ZETA 轉換器設計的效率

圖6V_IN=9V 且I_OUT=1A 時的運行情況

圖7V_IN=9V 和15V 且I_OUT=1A 時的環路響應

結論

像SEPIC 轉換器一樣，ZETA轉換器是另一種轉換器拓撲結構，其通過一個在輸出電壓上下范圍變化的輸入電壓來提供穩定的輸出電壓。相比SEPIC轉換器，ZETA 轉換器的好處包括更低的輸出電壓紋波，以及更簡單的補償。缺點是要求更高的輸入電壓紋波、更大容量的飛跨電容以及一個能夠驅動高端PMOS 的降壓轉換器（例如：TPS40200 等）。