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電源設計小貼士 14:SEPIC 轉換器提供高效偏置電源

發布時間:2010-9-6 18:22    發布者:techieboy
關鍵詞: 小貼士
作者:Robert Kollman

您想過使用一個單端初級電感轉換器 (SEPIC) 拓撲結構來構建偏壓電源嗎?如果您不需要隔離,那么這種想法還是行的通的。SEPIC 擁有諸多特性,從而使其比非隔離式反向結構更具吸引力。控制 MOSFET 和輸出整流器振鈴可減少電磁干擾 (EMI) 和電壓應力。在許多情況下,這使您能夠使用更低電壓的部件,從而降低成本并提高效率。另外,多輸出 SEPIC 可改善輸出之間的交叉穩壓,從而消除對于線性穩壓器的需求。

圖 1 顯示的是一個 SEPIC 轉換器,像反向轉換器一樣它具有最少的部件數量。實際上,如果去除 C1,該電路就是一個反向轉換器。該電容可提供對其所連接半導體的電壓鉗位控制。當 MOSFET 開啟時,該電容通過 MOSFET 對 D1 的反向電壓進行鉗位控制。當電源開關關閉時,在 D1 導電以前漏電壓一直上升。在關閉期間,C1 通過 D1 和 C2 對 MOSFET 漏電壓進行鉗位控制。具有多個輸出端的 SEPIC 轉換器對繞組比構成限制。其中的一個次級繞組對初級繞組的匝比需為 1:1,同時 C1 必須與之相連接。在圖 1 所示的示例電路中,12-V 繞組的匝比為 1:1,但它可能已經使用了 5-V 繞組作為替代。


圖1 多輸出 SEPIC 轉換器

圖 1 所示電路已經構建完成,并經過測試。分別將其作為帶 C1 的 SEPIC 和沒有 C1 的反向轉換器運行。圖 2 顯示了兩種運行模式下的 MOSFET 電壓應力。在反向模式下,MOSFET 漏極約為 40V,而在 SEPIC 模式下漏電壓僅為 25V。因此,反向設計不得不使用一個 40-V 或 60-V MOSFET,而 SEPIC 設計只需使用一個額定值僅為 30V 的 MOSFET。另外,就 EMI 濾波而言,高頻率(5 MHz 以上)振鈴將是一個嚴重的問題。

完成對兩種電路的交叉穩壓測量后,您會發現 SEPIC 大體上更佳。兩種設計中,5 V 額定電壓實際值為 5.05 V,負載在 0 到滿負載之間變化,同時輸入電壓被設定為 12V 或 24V。SEPIC 的 12V 電壓維持在 10% 穩壓頻帶內,而反向轉換器的 12V 電壓則上升至 30V(高線壓輸入,12V 無負載,5V 全負載)。如果根據低電壓應力選擇功率部件,那么即使這兩種結構的效率相同人們也會更傾向于使用 SEPIC。


圖2 SEPIC 極大地降低了 EMI 和電壓應力。上圖沒有 C1,而下圖則安裝了 C1。

總之,對非隔離式電源而言,SEPIC 是一種重要的拓撲結構。它將 MOSFET 電壓應力鉗位控制在一個等于輸入電壓加輸出電壓的值,并消除了反向轉換器中的 EMI。減少的電壓應力允許使用更低電壓的部件,從而帶來更高效率和更低成本的電源。EMI 的降低可以簡化最終產品的合規測試。最后,如果配置為多輸出電源,則其交叉穩壓將優于反向轉換器。
作者簡介

Robert Kollman 現任 TI 高級應用經理兼科技委員會資深委員。他擁有超過 30 年的電源電子行業工作經驗,并為電源電子成功設計了磁芯,包括從 sub-watt 到 sub-Megawatt 的磁芯,其工作頻率兆赫茲范圍內。Robert 畢業于得克薩斯 A&M 大學(Texas A&M University),獲電子工程理學士學位,后又畢業于南衛理公會大學 (Southern Methodist University),獲電子工程碩士學位。.
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