DC-DC：SEPIC电路设计

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1、数据转换器交叉参考搜索应用手册培训工具和软件方框图模拟eLAB™耦合电感SEPIC转换器的优势作者：JohnBetten，TI应用工程师单端初级电感转换器(SEPIC)能够通过一个大于或者小于调节输出电压的输入电压工作。除能够起到一个降压及升压转换器的作用以外，SEPIC还具有最少的有源组件、一个简易控制器和钳位开关波形，从而提供低噪声运行。看是否使用两个磁绕组，是我们识别SEPIC的一般方法。这些绕组可绕于共用铁芯上，其与耦合双绕组电感的情况一样，或者它们也可以是两个非耦合电感的单独绕组。设计人员通常不确定哪一种

2、方法最佳，以及两种方法之间是否存在实际差异。本文对每种方法进行研究，并讨论每种方法对实际SEPIC设计产生的影响。电路运行图1显示了耦合电感的基本SEPIC。当FET(Q1)开启时，输入电压施加于初级绕组。由于绕组比为1：1，因此次级绕组也被施加了一个与输入电压相等的电压；但是，由于绕组的极性，整流器(D1)的阳极被拉负，并被反向偏置。整流器偏颇关闭，要求输出电容在这种“导通”时间期间支持负载，从而强迫AC电容(CAC)充电至输入电压。Q1开启时，两个绕组的电流为Q1到接地，而次级电流流经AC电容。“导通”时间期间

3、总FET电流为输入电流和输出次级电流的和。FET关闭时，绕组的电压反向极性，以维持电流。整流器导电向输出端提供电流时，次级绕组电压现在被钳位至输出电压。通过变压器作用，它对初级绕组的输出电压进行钳位。FET的漏极电压被钳位至输入电压加输出电压。FET“关闭”时间期间，两个绕组的电流流经D1至输出端，而初级电流则流经AC电容。伏-微秒平衡耦合电感由两个非耦合电感代替时，电路运行情况类似。要让电路正确运行，必须在每个磁芯之间维持伏-微秒平衡。也就是说，对于两个非耦合电感而言，在FET“导通”和“关闭”时间期间，每个电感

4、电压和时间的积必须大小相等，而极性相反。通过代数方法表明，非耦合电感的AC电容电压也被充电至输入电压。在FET“关闭”时间期间，输出端电感被钳位至输出电压，其与耦合电感的次级绕组一样。在FET“导通”时间期间，AC电容在电感施加一个与输入电压相等但极性相反的电势。每间隔时间，对电感定义电压进行钳位，这样伏-微秒平衡便决定了占空比(D)的大小。其在连续导通模式(CCM)运行时，可简单表示为：FET导通时，施加于输入端电感的电压等于输入电压。FET关闭时，伏-微秒平衡通过钳位其VOUT来维持。记住，FET导通时，输入电

5、压施加于两个电感；FET关闭时，输出电压施加于两个电感。两个非耦合电感SEPIC的电压和电流波形，与耦合电感版本的情况非常类似，以至于很难分辨它们。两个还是一个？如果SEPIC类型之间确实存在少许的电路运行差异的话，那么我们应该使用哪一种呢？我们通常选择使用耦合电感，是因其更少的组件数目、更佳的集成度以及相对于使用两个单电感而言更低的电感要求。然而，高功率现货耦合电感有限的选择范围，成为摆在广大电源设计人员面前的一个难题。如果他们选择设计其自己的电感，则必须规定所有相关电参数，并且必须面对更长的交货时间问题。耦合电

6、感SEPIC可受益于漏电感，其可降低AC电流损耗。耦合电感必须具有1：1的匝数比，以实施伏-微秒平衡。选择使用两个单独的非耦合电感，一般可以更广泛地选择许多现货组件。由于并不要求每个电感的电流和电感完全相等，因此可以选择使用不同的组件尺寸，从而带来更大的灵活性。方程式1到3表明了耦合电感和非耦合电感的电感计算过程。方程式计算得到最大输入电压和最小负载时CCM运行所需的最小电感。50%占空比运行（VIN等于VOUT时出现）和统一效率条件下，比较这些方程式可知，方程式1中耦合电感的计算值是非耦合电感计算值的两倍。由于转

7、换器肯定会有损耗，而大多数输入电压源均有很大不同，因此这种简化了的电感泛化一般为错误的；但它通常足以应付除极端情况以外的所有情况。它一般意味着，转换器会比预期稍快一点进入非连续导通模式(DCM)运行，其在大多数情况下仍然可以接受。如前所述，使用非耦合电感时，正如我们通常假设的那样，无需输出端电感的值与输入端电感一样；但是为了简单起见肯定会这样做。利用VOUT/VIN调节输入端电感，便可确定输出端电感值。使用更小值输出端电感的好处是，它一般尺寸更小而且成本更低。实例设计“表1”所示规范为设计比较的基础。第一个设计使用

8、一个耦合电感，而第二个则使用两个非耦合电感。使用一个耦合电感的设计是典型的64W输出功率车载输入电压范围。方程式1表明，耦合电感要求12µH的电感，以及13A的组合电流额定值（基于IIN+IOUT）。这种设计特别具有挑战性，因为现货电感选择范围有限。因此，我们指定并设计了Renco自定义电感。该电感缠绕在一个分离式线轴上以产生漏电感，旨在最小化能够引起损耗的