耦合和非耦合電感SEPIC電壓轉換器

單端初級電感DC-DC轉換器(SEPIC)是一種靈活的拓撲結構，可以既發(fā)揮降壓(“降壓”)和升壓(“助推”)穩(wěn)壓器。該設計是普遍的，因為工程師它具有最小的活性成分，一個簡單的控制器，并夾緊開關波形提供低噪音運行。與SEPIC通過其使用兩個電感區(qū)分。電感器可以保持分開(“非耦合”)或纏繞到一個共同的核心(“耦合”)。有在如何電路工作為任一類型的差別不大，和設計者經(jīng)常不確定哪個的方法是最好的，或者是否有實際上兩者之間的任何真正的區(qū)別。本文將仔細看看這兩種類型，突出差異，并解釋了優(yōu)勢和各自的優(yōu)缺點。添加一個電感器與線性穩(wěn)壓器，DC-DC開關穩(wěn)壓器能夠從降壓翻轉，當電池電壓低于所需要的穩(wěn)壓器輸出到升壓模式。因為它允許更多的電池的能量的被訪問的升壓配置是有用的。所述SEPIC穩(wěn)壓器是基于一個標準的降壓/升壓的設計，但具有額外的電感器和電容器。與SEPIC拓撲的主要優(yōu)點是，不象傳統(tǒng)的降壓/升壓調(diào)節(jié)器，它不反轉，輸出電壓相對于輸入。在SEPIC穩(wěn)壓器的設計中，主電感器的一端連接于電池的正極端子(因此SEPIC的名稱)。電容器組的輸入和輸出之間的任何DC分量。加入這個電容意味著第二電感必須加入，從而二極管的陽極可以連接到已知電位(通常接地)。第二電感器可以被耦合到初級或分開(未偶聯(lián))。圖1示出了耦合電感SEPIC。在該電路中，當開關元件(場效應晶體管(FET)[Q1])導通時，輸入電壓施加在第一電感器施加(初級繞組)。由于耦合芯的卷繞比為1：1，感應在次級繞組上的電壓也等于輸入電壓。

圖1：電感耦合SEPIC穩(wěn)壓器。(德州儀器提供)的圖1所示電路工作在一個非常類似的方式，當耦合線圈排列替換用兩個電感耦合。然而，雖然電感耦合版本必須匹配(是，在伏微秒平衡必須保持那個)，這不是對非耦合版本的情況。盡管如此，工程師通常假設電感的耦合設計得匹配。然而，雖然這是可以接受的，可以做簡單起見，輸出電感也可以是一個較低的值(以及因此更小，成本更低)比輸入側。輸出側電感器的值可通過由相當于VOUT / VIN的典型值的比率縮放的初級電感器的值來計算。兩個SEPICs的故事事實證明，非耦合電感SEPIC的電壓和電流波形是非常相似的耦合電感版本。事實上，波形是如此的相似，它是很難告訴他們分開。因此，如果有一個在SEPIC類型之間的電路操作幾乎沒有差別，它的問題是哪一個工作嗎?一個深思熟慮的選擇是很重要的，因為每種技術都有其優(yōu)勢。例如，一個耦合電感SEPIC穩(wěn)壓器通常選擇，因為它減少了元件數(shù)量，更高的集成水平，并降低了總的電感要求相比，使用兩個單電感器。一個主要優(yōu)點是，穩(wěn)壓器的紋波電流之間的耦合電感允許每個的電感減半分割。該設計則有利于從一個較小的輸入電容器和簡單的EMI濾波。耦合電感SEPICs也可以表現(xiàn)出漏感，從而降低交流電流損耗。最后一個優(yōu)點在于，耦合電感設計顯示比非耦合電感版本更良性控制環(huán)特性。然而，耦合設計的缺點是，有一個有限的選擇現(xiàn)成的，貨架更高功率耦合電感的。一個選項，以克服的商業(yè)選擇的缺乏對于工程師設計他或她自己的設備;但他們必須指定所有電參數(shù)，以及與外包定制組件相關聯(lián)的長的交貨時間，交易。選擇耦合電感開辟了更廣泛的選擇現(xiàn)成的貨架組件。由于電感器不必是相同的，不同的元件尺寸可以被選擇為每個，提供了更大的選擇。然而，即使第二電感可以比第一，典型的是額外的10%的電路板面積，仍然需要兩個非耦合電感器相比，電感耦合component.¹一個公司，它提供了一個良好的范圍耦合電感為SEPIC較小穩(wěn)壓器應用是伍爾特電子。該公司的WE-DD范圍內(nèi)，例如，有五種不同尺寸的，并且可以與和DC電流達8.6 A中的飽和電流達18 A(圖2)進行操作。伍爾特電子也產(chǎn)生了關于其耦合電感產(chǎn)品的有用的產(chǎn)品培訓模塊。

圖2：伍爾特電子提供了一系列耦合電感器SEPIC應用。有耦合電感器SEPIC穩(wěn)壓器的應用，包括電子伍爾特再次，商Bourns，村田電源解決方案，和TE連接的許多供應商。有一個小的漲幅高達0.5%，為耦合電感的設計效率。圖3示出了兩個可比較設計為車輛的效率= 12和24 V和VOUT = 16 V.該效率增益通常向下降低繞組從較小的電感器中的耦合設計中使用的損失。

圖3：效率曲線coupled-和耦合電感調(diào)節(jié)器。

圖4(德州儀器提供)顯示了在非耦合電感SEPIC配置中使用的是德州儀器的LM2735開關電壓調(diào)節(jié)器。的LM2735是可以內(nèi)部設置在任520千赫或1.6兆赫至操作2.1開關調(diào)節(jié)器。輸入電壓范圍為2.75.5 V，輸出電壓范圍為324 V.該公司表示，LM2735允許使用小型電感器和電容器的效率，同時操作高達90%。在圖2所示的設計(1.6兆赫VIN = 2.7至5伏時，VOUT = 3.3V以500mA)采用兩個相同的電感測量6.8μH。

圖4：基于TI的LM2735非耦合電感器SEPIC穩(wěn)壓器設計。

Maxim的集成還提供了SEPIC設計集成開關電壓調(diào)節(jié)器。的MAX629設計為從輸入電壓在0.8至28伏的范圍提供輸出電壓高達28伏?？蛇_300千赫的MAX629的開關頻率允許使用小耦合或耦合電感器。在總結SEPIC拓撲結構是一個很好的選擇，以使輸出電壓不反轉的附加優(yōu)點降壓/升壓調(diào)節(jié)器。該穩(wěn)壓器可使用一個耦合電感或兩個耦合線圈來實現(xiàn)。耦合電感器版本帶來小幅提高效率，降低電路面積，更良性的控制環(huán)路的特點，而且比非耦合電感器型EMI更少的挑戰(zhàn)。