基本工作过程
单端初级电感器转换器 (SEPIC) 允许输出电压大于、小于或等于直流到直流转换的输入电压。一些典型应用包括数码相机、手机、CD/DVD 播放器、便携式设备和 GPS 系统。
图 1 描绘了典型的 SEPIC 电路。在开关 (SW) 接通期间,两个电感器两端的电压等于 Vin。当开关接通时,电容器 Cp 与 L2 并联连接。L2 两端的电压与电容器电压 -Vin 相同。二极管 D1 为反向偏置,负载电流由电容器 Cout 提供。在此期间,能量存储在输入的 L1 中和 Cp 的 L2 中。
应用条件:
输入电压 (Vin) - 2.8 V - 4.5 V
输出(Vout 和 Iout)- 3.3 V,1 A
开关频率 (Fs) - 250 kHz
效率 - 90%
D = Vout/(Vout + Vin)
电感器纹波电流的最差条件为最大输入电压 D = 3.3/(3.3 + 4.5) = 0.423。
调整输出电感器的容量大小,以确保电感器电流在最小负载下是连续的,并且输出电压纹波不影响转换器正在供电的电路。在这种情况下,我们将假设 20% 的最小负载,因此允许在输出电感器 L2 中输送 40% 的峰峰纹波电流。
V = L di/dt
L = V.dt/di
结果:使用最接近的首选值将导致选择 22 μH 电感器。通常的做法是在 SEPIC 设计中为输入和输出电感器选择相同的值 - 尽管在使用两个单独的部件时不必这样做。
输入电感器 L1
尽管最坏情况的纹波电流处于最大输入电压下,但峰值电流通常在最小输入电压下达到最高。
结果:需要 22 μH、1.31 A rms 和 1.45 A 峰值额定电感器。例如,伊顿 DR73-220-R 具有 1.62 A rms 和 1.67 A 峰值电流额定值。
输出电感器 L2
Irms = Iout = 1 A
Iripple = (4.5 x 1.69 x 10-6)/22 x 10-6 = 0.346 A
Ipeak = 1 + 0.173 = 1.173 A
结果:需要 22 μH、1 A rms 和 1.173 A 峰值额定电感器 - 为简单起见,可以是同一个 DR73-220-R
步骤 1. 执行两个单独电感器选择程序中的步骤 1 和步骤 3 的 Irms 部分。
使用为两个电感器选择列出的应用信息。
步骤 2. 计算电感值
L = V.dt/di
从我们之前的示例来看,输出纹波电流需要为 0.4 A(峰峰),因此,现在我们对 0.8 A 进行计算,因为纹波电流在两个绕组之间拆分。
L = 4.5 x (1.69 x 10-6/0.8) = 9.5 μH
步骤 3. 计算峰值电流
我们继续使用电感值为 10 μH 的示例,现在需要计算最坏情况的峰值电流要求。每个绕组中的 RMS 电流已知。
结果:需要一个 10 μH 耦合电感器(2.31 A rms 和 2.62 A 峰值额定电流),例如伊顿 DRQ74-100-R。
使用耦合电感器占用的 PCB 空间较小,并且成本往往比两个单独的电感器更低。它还提供一个选择,即让大部分电感器纹波电流在输入或输出中流动。通过这样做,可以最大程度减小对输入滤波的需求,或者在向敏感电路供电时可以将输出纹波电压降低到非常低的水平。