單端初級電感轉換器(SEPIC)是一種常見的DC/DC轉換器,在標準形式下,它產生的輸出電壓可以大於、小於或等於其輸入電壓,並且極性相同。因此,SEPIC在電池供電的應用中非常有用,因為在這類應用中,電池電壓可能一開始比期望的穩壓輸出較高些,最終卻又變得較低。

在其標準形式下,SEPIC設計中的控制元件(通常為MOSFET,即圖1中的開關S1)根據其佔空比(D)設置輸出電壓。輸出依據如下的轉換比率:

Vout/Vin = D/(1-D)

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圖1:SEPIC轉換器的標準形式。

如果需要,還可以將L2的低端連接到DC電壓(Vboost),以補償輸出電壓,如圖2所示。

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圖2:帶輸出電壓升壓器的SEPIC轉換器。

此配置中的輸出電壓為: Vout = Vin × D/(1-D) + Vboost

變化1

由於控制元件僅對部份輸出電壓起作用,因此可以用這種方法來調節一款具有遠高於MOSFET電壓處理能力的電壓。圖3是SEPIC轉換器的有效設計,其中升壓由變壓器上方的二次側提供。相較於其他類似的方法,這種穩壓器的好處是升壓和可變電壓具有相同的接地。但應注意,儘管MOSFET不需要高壓能力,但串聯電容器C3卻需要。

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圖3:具有高升壓輸出能力的完整SEPIC轉換器設計。

即使負載變化,該電路也能提供良好的穩壓。測試中,讓負載電流在20mA和200mA之間變化,僅導致輸出電壓下降了0.5V。

變化2

圖4所示是傳統SEPIC轉換器的變形,它提供兩個極性相反但大小相等的電壓,其值為:

V+ = Vin × D/(1-D),V− = −Vin × D/(1-D)

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圖4:雙輸出雙極性SEPIC轉換器。

相較於我們以前討論過的Ćuk-SEPIC組合轉換器(見《SEPIC/Ćuk converter sprouts second output》一文),這種變化可在兩個輸出電壓之間提供更好的交叉穩壓(cross-regulation)。然而,L2和L3這兩個電感器應謹慎耦合,以避免在D2的陰極產生電壓振鈴。否則,就必須添加一個合適的緩衝器。該方法的電路建置如圖5所示。

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圖5:雙輸出SEPIC轉換器的電路建置。

在不同的負載下測試轉換器,結果如表1所示。

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表1:不同負載下的測試結果。

這時:

(dV−)/(dIL+) = 0.46V/A,(dV−/dIL−) = −0.56V/A

圖6顯示了MOSFET閘極分別與D2陰極(a)和D1陽極(b)的波形比較。

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圖6:MOSFET閘極與(a)D2陰極以及(b) D1陽極的波形比較。

(參考原文:Two variations on the SEPIC converter,by Gheorghe Plasoianu)