DC-DC----SEPIC升降壓

引言：與一個反向降壓-升壓轉換器相類似，一個SEPIC轉換器具有一個單個MOSFET(S1) 和一個單個二極管D1 (S2)，SEPIC轉換器中的MOSFET和二極管對于電壓和電流的需求與反向降壓-升壓轉換器中此類元件的電壓和電流需求相類似。同樣MOSFET和二極管的功率損耗也是相似的。在另一方面，SEPIC轉換器具有一個額外的電感器(L2) 和一個額外的交流耦合電容器(C1)。

【資料圖】

圖12-1：SEPIC拓撲簡圖

1.SEPIC的工作路徑

基本拓撲如圖12-1所示，可以看做是左側的升壓電路經電容C1耦合到右側的升降壓電路然后輸出。

圖12-2：開關S1導通時電流路徑

如圖12-2，當開關管S1導通的時候，輸入的電壓對電感L1充電，形成的回路是：電源正極→電感L1→電源負極。電容C1在上一周期開關關閉時充了能，在本周期開關導通時要將這部分能量釋放，C1將給電感L2充能，此時S2二極管VD截止，輸出電壓由電容Cout維持。

圖12-3：開關S1關斷時電流路徑

如圖12-3，當開關管S1關斷時，輸入的能量和電感能量一起向輸出提供能量，形成的回路是：輸入Vin→電感L1→電容C1→S2二極管D→負載Rload，電感L2也形成感應電動勢，通過S2二極管VD續流，形成的回路是：電感L2→S2二極管D→負載Rload。

2.SEPIC的工作波形

圖12-4和圖12-6顯示了一個SEPIC轉換器和其CCM模式下的理想波形。一個SEPIC轉換器的電壓轉換比率為Vout/Vin=D/1-D，表示正向輸出電壓和降壓-升壓能力。

圖12-4：L1/C1/S2同時序工作波形

圖12-5：SEPIC拓撲簡圖

圖12-6：L1/L2/S1同時序工作波形

3.SEPIC關鍵公式推導

從以上原理分析可知，SEPIC電路在開關導通時，電感L1、L2充能，C1放能；在開關關斷時，電感L1、L2放能，C1充能，電容C1起到能量耦合傳遞的作用。根據伏秒定律（傳送門：DC-DC-1：DC-DC的原理以及構成），兩個電感在開關導通和開關關斷階段的電流變化量是相等的，對于左側電感L1，其on時間段內電流變化量為：

off時間段內電流變化量為：

即：

對于右側電感L2，on和off時間段內的電流變化量為：

即：

聯立這兩個等式，消去VC1，可得：

4.小結

在一個SEPIC轉換器中，L1的平均電感器電流等于輸入電流 (Iin)，而L2的平均電感器電流等于輸出電流 (Iout)。相反地，反向降壓-升壓轉換器中的單個電感器的電流值為Iin+Iout的平均值。耦合電容器C1上會出現相對于輸入電流和輸出電流的高值均方根 (RMS) 電流,這會生成額外的功率損耗，并減少轉換器的總體效率。

為了減少功率損耗，需要使用具有低ESR的陶瓷電容器，而這樣通常會使成本增加。SEPIC轉換器中與額外耦合電容器相耦合的額外電感器會增加印刷電路板 (PCB) 的尺寸以及總體解決方案成本。耦合電感器可被用來替代兩個單獨的電感器，以便減少PCB尺寸。但是相對于單獨的電感器，現貨供應的耦合電感器的選擇范圍有限。有時需要定制設計，這也增加了成本，是選擇獨立的L1和L2還是耦合的L1/L2，需要權衡選擇。