電源提示：提高 SEPIC 性能的 3 種方法

簡(jiǎn)單地說，單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 能夠?qū)斎腚妷哼M(jìn)行降壓或升壓。例如，在汽車應(yīng)用中，它可用于調(diào)節(jié)來自 12V 電池輸入的 12V 輸出電壓，在 6V 啟動(dòng)/停止壓降和 16V 或更高的交流發(fā)電機(jī)浪涌時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定。有時(shí) SEPIC 用于與多個(gè)輸入源一起工作，當(dāng)墻上適配器輸出或系統(tǒng)電壓發(fā)生變化時(shí)，無需使用不同的轉(zhuǎn)換器。主要優(yōu)點(diǎn)是成本低、有源元件最少(兩個(gè))、簡(jiǎn)單的升壓控制器 IC、低輸入紋波電壓和最小的 FET 振鈴以減少電磁干擾 (EMI)。

一些缺點(diǎn)是復(fù)雜的控制回路、右半平面零、非隔離拓?fù)?，并且需要使用兩個(gè)單獨(dú)的電感器或單個(gè)耦合電感器。SEPIC 類似于非隔離反激式轉(zhuǎn)換器，但增加了一個(gè)“飛行”電容器。事實(shí)上，如果去掉這個(gè)電容，它就變成了一個(gè)變壓器匝數(shù)比為一比一的反激式轉(zhuǎn)換器。因此，我們可以在某些應(yīng)用中使用 SEPIC 來代替反激式轉(zhuǎn)換器。讓我們來看看一些有趣的 SEPIC 電路。

SEPIC 輸出整流器的功耗隨著功率水平的增加而迅速增加，尤其是在低輸入電壓下。這是因?yàn)檎髌髦械碾娏魇禽斎腚娏髋c輸出電流之和，在最小輸入電壓時(shí)最大。冷卻整流器的能力可以將典型低壓應(yīng)用中的可用功率水平限制在 30W 左右。圖 1 詳細(xì)介紹了使用同步升壓控制器實(shí)現(xiàn)的同步 SEPIC 轉(zhuǎn)換器。同步操作用 FET 代替整流器以減少其損耗，有效地允許在相同損耗的情況下提供更多輸出電流。如果配置了二極管，則輸出電流將被限制為 3A 而不是 5A。使用同步整流可獲得大于 95% 的效率。

此設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是 SEPIC 具有兩個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)(TP2、TP3)，而不是升壓器的單個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)。SEPIC 同步 FET 的驅(qū)動(dòng)器不能直接連接到升壓控制器的高端驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗脑礃O (TP3) 與其 SW 引腳 (TP2) 的電位不同。為了驅(qū)動(dòng)它，我們添加了一個(gè)由 R3/D2/C15 組成的浮動(dòng)電平轉(zhuǎn)換器電路。C15 使 VIN 下降，其電壓與“飛”電容器 C1 相同，從而在 Q1 柵極-源極上提供正確的電壓擺幅。R3/D2 恢復(fù)正確的柵極驅(qū)動(dòng)偏移(低 = -0.5V，高 = 7V)。

有時(shí)，需要多個(gè)輸出電壓。圖 2 顯示了如何在不增加額外控制器費(fèi)用的情況下輕松添加調(diào)節(jié)良好的輔助輸出電壓。在本例中，3.3V 輸出用作反饋并經(jīng)過良好調(diào)節(jié)。假設(shè)二極管壓降為 0.3V，則通過在 3.3V 頂部以大約 2.4 比 1 的比率堆疊繞組來獲得 12V 輸出。SEPIC 的耦合電感器必須具有 1 比 1 的匝數(shù)比才能正確平衡其伏-微秒乘積。

由于增加了一個(gè)額外的繞組，初級(jí)繞組和連接到“飛行”電容器 (C1) 的次級(jí)繞組之間的比率必須為 1 比 1。在這種情況下，初級(jí)和總次級(jí)必須具有相同的匝數(shù)。如果 C1 連接到中心抽頭，初級(jí)繞組和 3.3V 繞組之間的匝數(shù)必須相同。與反激式相比，它的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是輔助輸出上有更好的輕載/空載電壓調(diào)節(jié)，這是由于最小的 FET 振鈴。由于次級(jí)振鈴的峰值檢測(cè)，空載輸出的輕負(fù)載調(diào)節(jié)通常是反激式中的一個(gè)問題。此外，由于振鈴較少，SEPIC 中通?？梢允褂幂^低電壓的 FET。在圖2所示的電路中，在完全交叉負(fù)載下獲得了 10% 的調(diào)節(jié)。

一個(gè)鮮為人知的 SEPIC 事實(shí)是，次級(jí)繞組(或使用單獨(dú)電感時(shí)的輸出側(cè)電感)中的平均電流等于輸出電流。這使得間接感測(cè)輸出電流變得非常容易。圖 3通過電流檢測(cè)電阻器 (R4) 來實(shí)現(xiàn)電池充電器。由于電流從 R4 的接地側(cè)流出，因此使用固定增益反相運(yùn)算放大器 (op amp) 配置來產(chǎn)生正電流檢測(cè)反饋信號(hào)(電流)。輸出電壓和電流信息進(jìn)行“或”運(yùn)算，以創(chuàng)建恒定電流和恒定電壓曲線之間的無縫轉(zhuǎn)換。

總而言之，SEPIC 轉(zhuǎn)換器提供了優(yōu)于經(jīng)典反激式的優(yōu)勢(shì)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是“鉗位”的 FET 開關(guān)波形，可降低 EMI 和 FET 電壓應(yīng)力。其他實(shí)現(xiàn)包括同步、多輸出和簡(jiǎn)單的基于接地的輸出電流檢測(cè)。這些只是我們?nèi)绾我阅撤N非傳統(tǒng)方式提高 SEPIC 轉(zhuǎn)換器性能的幾個(gè)示例。