耦合電感 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)

單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 能夠通過(guò)一個(gè)大于或者小于調(diào)節(jié)輸出電壓的輸入電壓工作。除能夠起到一個(gè)降壓及升壓轉(zhuǎn)換器的作用以外，SEPIC 還具有最少的有源組件、一個(gè)簡(jiǎn)易控制器和鉗位開(kāi)關(guān)波形，從而提供低噪聲運(yùn)行?？词欠袷褂脙蓚€(gè)磁繞組，是我們識(shí)別 SEPIC 的一般方法。這些繞組可繞于共用鐵芯上，其與耦合雙繞組電感的情況一樣，或者它們也可以是兩個(gè)非耦合電感的單獨(dú)繞組。設(shè)計(jì)人員通常不確定哪一種方法最佳，以及兩種方法之間是否存在實(shí)際差異。本文對(duì)每種方法進(jìn)行研究，并討論每種方法對(duì)實(shí)際 SEPIC 設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響。

電路運(yùn)行
圖 1 顯示了耦合電感的基本 SEPIC。當(dāng)FET (Q1) 開(kāi)啟時(shí)，輸入電壓施加于初級(jí)繞組。由于繞組比為 1：1，因此次級(jí)繞組也被施加了一個(gè)與輸入電壓相等的電壓；但是，由于繞組的極性，整流器 (D1) 的陽(yáng)極被拉負(fù)，并被反向偏置。整流器偏頗關(guān)閉，要求輸出電容在這種“導(dǎo)通”時(shí)間期間支持負(fù)載，從而強(qiáng)迫 AC電容 (CAC) 充電至輸入電壓。Q1 開(kāi)啟時(shí)，兩個(gè)繞組的電流為 Q1 到接地，而次級(jí)電流流經(jīng) AC 電容。“導(dǎo)通”時(shí)間期間總 FET 電流為輸入電流和輸出次級(jí)電流的和。

FET 關(guān)閉時(shí)，繞組的電壓反向極性，以維持電流。整流器導(dǎo)電向輸出端提供電流時(shí)，次級(jí)繞組電壓現(xiàn)在被鉗位至輸出電壓。通過(guò)變壓器作用，它對(duì)初級(jí)繞組的輸出電壓進(jìn)行鉗位。FET 的漏極電壓被鉗位至輸入電壓加輸出電壓。FET“關(guān)閉”時(shí)間期間，兩個(gè)繞組的電流流經(jīng) D1 至輸出端，而初級(jí)電流則流經(jīng) AC 電容。

伏-微秒平衡
耦合電感由兩個(gè)非耦合電感代替時(shí)，電路運(yùn)行情況類(lèi)似。要讓電路正確運(yùn)行，必須在每個(gè)磁芯之間維持伏-微秒平衡。也就是說(shuō)，對(duì)于兩個(gè)非耦合電感而言，在FET“導(dǎo)通”和“關(guān)閉”時(shí)間期間，每個(gè)電感電壓和時(shí)間的積必須大小相等，而極性相反。通過(guò)代數(shù)方法表明，非耦合電感的 AC 電容電壓也被充電至輸入電壓。在 FET“關(guān)閉”時(shí)間期間，輸出端電感被鉗位至輸出電壓，其與耦合電感的次級(jí)繞組一樣。在 FET“導(dǎo)通”時(shí)間期間，AC 電容在電感施加一個(gè)與輸入電壓相等但極性相反的電勢(shì)。每間隔時(shí)間，對(duì)電感定義電壓進(jìn)行鉗位，這樣伏-微秒平衡便決定了占空比 (D) 的大小。其在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 運(yùn)行時(shí)，可簡(jiǎn)單表示為：

FET 導(dǎo)通時(shí)，施加于輸入端電感的電壓等于輸入電壓。FET關(guān)閉時(shí)，伏-微秒平衡通過(guò)鉗位其 VOUT 來(lái)維持。記住，F(xiàn)ET 導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓施加于兩個(gè)電感；FET 關(guān)閉時(shí)，輸出電壓施加于兩個(gè)電感。兩個(gè)非耦合電感 SEPIC 的電壓和電流波形，與耦合電感版本的情況非常類(lèi)似，以至于很難分辨它們。

兩個(gè)還是一個(gè)？
如果 SEPIC 類(lèi)型之間確實(shí)存在少許的電路運(yùn)行差異的話，那么我們應(yīng)該使用哪一種呢？我們通常選擇使用耦合電感，是因其更少的組件數(shù)目、更佳的集成度以及相對(duì)于使用兩個(gè)單電感而言更低的電感要求。然而，高功率現(xiàn)貨耦合電感有限的選擇范圍，成為擺在廣大電源設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)難題。如果他們選擇設(shè)計(jì)其自己的電感，則必須規(guī)定所有相關(guān)電參數(shù)，并且必須面對(duì)更長(zhǎng)的交貨時(shí)間問(wèn)題。耦合電感 SEPIC 可受益于漏電感，其可降低 AC 電流損耗。耦合電感必須具有 1：1 的匝數(shù)比，以實(shí)施伏-微秒平衡。選擇使用兩個(gè)單獨(dú)的非耦合電感，一般可以更廣泛地選擇許多現(xiàn)貨組件。由于并不要求每個(gè)電感的電流和電感完全相等，因此可以選擇使用不同的組件尺寸，從而帶來(lái)更大的靈活性。

方程式 1 到 3 表明了耦合電感和非耦合電感的電感計(jì)算過(guò)程。