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：

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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似，以至于很難分辨它們。

兩個(gè)還是一個(gè)？

如果SEPIC類型之間確實(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。

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方程式計(jì)算得到最大輸入電壓和最小負(fù)載時(shí)CCM運(yùn)行所需的最小電感。50%占空比運(yùn)行（VIN等于VOUT時(shí)出現(xiàn)）和統(tǒng)一效率條件下，比較這些方程式可知，方程式1中耦合電感的計(jì)算值是非耦合電感計(jì)算值的兩倍。由于轉(zhuǎn)換器肯定會(huì)有損耗，而大多數(shù)輸入電壓源均有很大不同，因此這種簡(jiǎn)化了的電感泛化一般為錯(cuò)誤的；但它通常足以應(yīng)付除極端情況以外的所有情況。它一般意味著，轉(zhuǎn)換器會(huì)比預(yù)期稍快一點(diǎn)進(jìn)入非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 運(yùn)行，其在大多數(shù)情況下仍然可以接受。如前所述，使用非耦合電感時(shí)，正如我們通常假設(shè)的那樣，無(wú)需輸出端電感的值與輸入端電感一樣；但是為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)肯定會(huì)這樣做。利用VOUT/VIN調(diào)節(jié)輸入端電感，便可確定輸出端電感值。使用更小值輸出端電感的好處是，它一般尺寸更小而且成本更低。

實(shí)例設(shè)計(jì)

“表1”所示規(guī)范為設(shè)計(jì)比較的基礎(chǔ)。第一個(gè)設(shè)計(jì)使用一個(gè)耦合電感，而第二個(gè)則使用兩個(gè)非耦合電感。

使用一個(gè)耦合電感的設(shè)計(jì)是典型的64W輸出功率車載輸入電壓范圍。方程式1表明，耦合電感要求12 μH的電感，以及13 A的組合電流額定值（基于IIN + IOUT）。這種設(shè)計(jì)特別具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)楝F(xiàn)貨電感選擇范圍有限。因此，我們指定并設(shè)計(jì)了Renco自定義電感。該電感纏繞在一個(gè)分離式線軸上以產(chǎn)生漏電感，旨在最小化能夠引起損耗的循環(huán)AC電流。產(chǎn)生這些損耗的因?yàn)椋┘釉诼╇姼械腁C電容紋波電壓。若想實(shí)施低功耗設(shè)計(jì)，Coilcraft（MSS1278系列）和Coiltronics（DRQ74/127系列）的耦合電感均是較好的現(xiàn)貨產(chǎn)品。

就非耦合電感設(shè)計(jì)而言，33-μH Coilcraft SER2918用于L1，而22-μH Coiltronics HC9則用于L2。它們的選擇均基于繞組電阻、額定電流和尺寸。選擇電感時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須注意還要考慮鐵芯和AC繞組損耗。這些損耗可降低電感的有效DC電流，但并非所有廠商都提供計(jì)算所需的全部信息。錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，會(huì)大大增加鐵芯溫度，使其超出典型的40°C 溫升。它還會(huì)降低效率，并且加速過(guò)早失效現(xiàn)象的出現(xiàn)。

表1原型SEPIC電氣規(guī)范

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圖2使用耦合電感的SEPIC（4A時(shí)16V）

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圖2顯示了使用一個(gè)耦合電感的原型SEPIC的示意圖。若想在設(shè)計(jì)中實(shí)施非耦合電感，只需在相同PWB上用兩個(gè)電感替換耦合電感便可。圖3顯示了兩種原型電路。圖3b中，L1占用了耦合電感的空間，而L2則位于右上角。