耦合和非耦合電感SEPIC電壓轉(zhuǎn)換器

單端初級(jí)電感DC-DC轉(zhuǎn)換器(SEPIC)是一種靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以既發(fā)揮降壓(“降壓”)和升壓(“助推”)穩(wěn)壓器。該設(shè)計(jì)是普遍的，因?yàn)楣こ處熕哂凶钚〉幕钚猿煞?，一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器，并夾緊開關(guān)波形提供低噪音運(yùn)行。與SEPIC通過其使用兩個(gè)電感區(qū)分。電感器可以保持分開(“非耦合”)或纏繞到一個(gè)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(shè)計(jì)者經(jīng)常不確定哪個(gè)的方法是最好的，或者是否有實(shí)際上兩者之間的任何真正的區(qū)別。本文將仔細(xì)看看這兩種類型，突出差異，并解釋了優(yōu)勢(shì)和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。添加一個(gè)電感器與線性穩(wěn)壓器，DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器能夠從降壓翻轉(zhuǎn)，當(dāng)電池電壓低于所需要的穩(wěn)壓器輸出到升壓模式。因?yàn)樗试S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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的降壓/升壓的設(shè)計(jì)，但具有額外的電感器和電容器。與SEPIC拓?fù)涞闹饕獌?yōu)點(diǎn)是，不象傳統(tǒng)的降壓/升壓調(diào)節(jié)器，它不反轉(zhuǎn)，輸出電壓相對(duì)于輸入。在SEPIC穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)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(gè)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(jí)或分開(未偶聯(lián))。圖1示出了耦合電感SEPIC。在該電路中，當(dāng)開關(guān)元件(場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)[Q1])導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓施加在第一電感器施加(初級(jí)繞組)。由于耦合芯的卷繞比為1：1，感應(yīng)在次級(jí)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(gè)非常類似的方式，當(dāng)耦合線圈排列替換用兩個(gè)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(gè))，這不是對(duì)非耦合版本的情況。盡管如此，工程師通常假設(shè)電感的耦合設(shè)計(jì)得匹配。然而，雖然這是可以接受的，可以做簡(jiǎn)單起見，輸出電感也可以是一個(gè)較低的值(以及因此更小，成本更低)比輸入側(cè)。輸出側(cè)電感器的值可通過由相當(dāng)于VOUT / VIN的典型值的比率縮放的初級(jí)電感器的值來計(jì)算。兩個(gè)SEPICs的故事事實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)工作嗎?一個(gè)深思熟慮的選擇是很重要的，因?yàn)槊糠N技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)。例如，一個(gè)耦合電感SEPIC穩(wěn)壓器通常選擇，因?yàn)樗鼫p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(gè)單電感器。一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，穩(wěn)壓器的紋波電流之間的耦合電感允許每個(gè)的電感減半分割。該設(shè)計(jì)則有利于從一個(gè)較小的輸入電容器和簡(jiǎn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，耦合電感設(shè)計(jì)顯示比非耦合電感版本更良性控制環(huán)特性。然而，耦合設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是，有一個(gè)有限的選擇現(xiàn)成的，貨架更高功率耦合電感的。一個(gè)選項(xiàng)，以克服的商業(yè)選擇的缺乏對(duì)于工程師設(shè)計(jì)他或她自己的設(shè)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(guān)聯(lián)的長(zhǎng)的交貨時(shí)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(gè)，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(gè)非耦合電感器相比，電感耦合component.¹一個(gè)公司，它提供了一個(gè)良好的范圍耦合電感為SEPIC較小穩(wěn)壓器應(yīng)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(dá)8.6 A中的飽和電流達(dá)18 A(圖2)進(jìn)行操作。伍爾特電子也產(chǎn)生了關(guān)于其耦合電感產(chǎn)品的有用的產(chǎn)品培訓(xùn)模塊。

圖2：伍爾特電子提供了一系列耦合電感器SEPIC應(yīng)用。有耦合電感器SEPIC穩(wěn)壓器的應(yīng)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(yīng)商。有一個(gè)小的漲幅高達(dá)0.5%，為耦合電感的設(shè)計(jì)效率。圖3示出了兩個(gè)可比較設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(guān)電壓調(diào)節(jié)器。的LM2735是可以內(nèi)部設(shè)置在任520千赫或1.6兆赫至操作2.1開關(guān)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(shí)操作高達(dá)90%。在圖2所示的設(shè)計(jì)(1.6兆赫VIN = 2.7至5伏時(shí)，VOUT = 3.3V以500mA)采用兩個(gè)相同的電感測(cè)量6.8μH。

圖4：基于TI的LM2735非耦合電感器SEPIC穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。

Maxim的集成還提供了SEPIC設(shè)計(jì)集成開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。的MAX629設(shè)計(jì)為從輸入電壓在0.8至28伏的范圍提供輸出電壓高達(dá)28伏。可達(dá)300千赫的MAX629的開關(guān)頻率允許使用小耦合或耦合電感器。在總結(jié)SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)很好的選擇，以使輸出電壓不反轉(zhuǎn)的附加優(yōu)點(diǎn)降壓/升壓調(diào)節(jié)器。該穩(wěn)壓器可使用一個(gè)耦合電感或兩個(gè)耦合線圈來實(shí)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(diǎn)，而且比非耦合電感器型EMI更少的挑戰(zhàn)。