基于ZETA拓扑结构的DC/DC转换器设计

输出二极管必须要能够处理与Q1相同的峰值电流，即I_Q1(PK)。该二极管还必须能够承受大于 Q1 最大电压（V_IN(max) + V_OUT）的反向电压，以处理瞬态和振铃问题。由于平均二极管电流为输出电流，因此二极管的封封装必须要能够驱散高达 I_OUT×V_FWD 的功率，其中 V_FWD 为肖特基二极管 I_OUT 的正向电压。

环路设计

ZETA 转换器是一种具有多个实复极频和零频的四阶转换器。与 SEPIC 转换器不同，ZETA 转换器没有右半面零点，并且更容易获得补偿，以使用更小的输出电容值达到更大环路带宽和更好负载瞬态结果。参考文献 1 提供一个基于状态空间平均法的较好数学模型。该模型将电感 DC 电阻 (DCR) 排除在外，但却包括了电容 ESR。尽管参考文献 1 中的转换器使用陶瓷电容，但就后面的设计举例而言，电感 DCR 代替了电容 ESR，这样模型便可以更加紧密地匹配测得值。开环路增益带宽（即利用一个可接收的典型 45º 相位余量让增益穿过零频的频率），应该大于 L1b 和 C_C 的谐振频率，这样反馈环路便可以在该谐振频率下利用基频阻尼输出端出现的非正弦纹波。

设计举例

就本例而言，诸多要求都是针对一个 η= 0.9 峰值效率的 12-V、1-W 电源。负载为稳态，因此几乎看不到负载瞬态。2-A 输入电源为 9 到 15V。我们选择了异步电压模式控制器即 TI TPS40200，其工作在 340 和 460kHz 之间的开关频率下。输入端和快速电容器的最大允许纹波分别为彼此交叉最大电压的 1%。最大输出纹波为 25 mV，而最大环境温度为 55ºC。由于 EMI 并不是问题，通过使用最小输入电压，我们选择了具有更低电感值的电感。下一页的表 1 概括了前面介绍的一些设计计算方法。我们忽略了方程式 7 到 9 以及方程式 11，因为使用了高 RMS 电流额定值的低 ESR 陶瓷电容。

表 1 举例ZETA转换器设计计算

图 4 显示的是示意图，而图 5 则显示了 ZETA 转换器的效率。在下一页，图6 显示了转换器在深度 CCM 下的运行情况，而图 7 则显示了环路响应。

图4 1A 电流时9V 到15V V_IN 和12-V V_OUT 的ZETA 转换器设计

图5举例ZETA 转换器设计的效率

图6V_IN=9V 且I_OUT=1A 时的运行情况

图7V_IN=9V 和15V 且I_OUT=1A 时的环路响应

结论

像 SEPIC 转换器一样，ZETA转换器是另一种转换器拓扑结构，其通过一个在输出电压上下范围变化的输入电压来提供稳定的输出电压。相比SEPIC转换器，ZETA 转换器的好处包括更低的输出电压纹波，以及更简单的补偿。缺点是要求更高的输入电压纹波、更大容量的飞跨电容以及一个能够驱动高端 PMOS 的降压转换器（例如：TPS40200 等）。