【導讀】汽車、分布式電源和電池供電型應用的工作電壓常常取自一個寬的可變總線電壓。工作電壓經(jīng)常位于總線電壓范圍中間的某個數(shù)值上，例如汽車工作電壓為12V，總線電壓為4V至18V。這些應用需要采用一個能夠根據(jù)總線電壓進行升壓或降壓操作的DC/DC轉換器。
汽車、分布式電源和電池供電型應用的工作電壓常常取自一個寬的可變總線電壓。工作電壓經(jīng)常位于總線電壓范圍中間的某個數(shù)值上，例如汽車工作電壓為12V，總線電壓為4V至18V。這些應用需要采用一個能夠根據(jù)總線電壓進行升壓或降壓操作的DC/DC轉換器。回掃和SEPIC設計是應對該問題的常用單開關解決方案，但這兩種解決方案一般都需要采用一個變壓器，對于那些空間非常寶貴的應用來說，這會帶來電路板布局和高度方面的難題。
變壓器型拓撲結構的一個替代方案是采用兩個扁平的電感器和一個SEPIC耦合電容器，后者用來在兩個電感器之間進行能量轉移，其作用原理與變壓器的磁芯非常相似。耦合電容器為電感器電流提供了一條低阻抗的通路，既可以從輸入(初級)電感器經(jīng)續(xù)流二極管至輸出端，也可以從輸出(次級)電感器經(jīng)開關回流至地。這兩個電感器均連續(xù)而獨立地工作，因此，相比針對一個回掃或典型SEPIC電路所進行的變壓器選擇，它們的選擇更加容易。沒有限制這兩個電感器必需具有相同的電感值，可根據(jù)峰值電流和可允許的波紋單獨選擇。
3V至20V輸入、5V輸出、最大高度為3mm的SEPIC
圖1示出了一個采用LT?1961的3V至20V輸入、5V輸出、最大高度為3mm的SEPIC，LT1961是一款1.25MHz、電流模式、1.5A峰值開關電流的單片升壓型轉換器。該電路的輸出電流性能隨輸入電壓的變化而改變(見圖3)。當輸入電壓為3V時，該轉換器能夠提供高達410mA的負載電流；而當輸入電壓為20V時，負載電流將高達830mA。這里所采用的纖巧型耦合電容器有足夠大的數(shù)值，能對電路的初級側和次級側之間處理RMS波紋電流的轉移，并保持一個與輸入電壓相等的電荷量，以提供良好的穩(wěn)壓和最大輸出功率。LT1961所采用的電流模式控制拓撲結構以及10uF的小陶瓷輸出電容器可在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供優(yōu)越的瞬態(tài)響應。
圖1 : LT1961于一個3V至20V輸入、5V輸出和全采用陶瓷電容器的SEPIC(最大高度為3mm)應用
圖2 : 圖1所示電路的效率
圖3 : L1和L2中的峰值電感器電流之和為1.5A，即峰值開關電流。最大輸出電流為峰值開關電流條件下在L2的平均電流。
4V至18V輸入、12V輸出、最大高度為3mm的SEPIC
12V總線電壓常常取自具有寬輸入電壓范圍的電源。例如對于冷起動情況的汽車解決方案就可以具有高至18V和低至4V的穩(wěn)態(tài)工作電壓。圖4示出了一種簡單、低成本且外形扁平(s3mm)的解決方案，它避免了由于需要同時采用一個升壓和降壓型轉換器所導致的高成本，并在冷起動狀態(tài)下維持12V的系統(tǒng)電源。
圖4 : LT1961于一個4V至18V輸入、12V輸出和全采用陶瓷電容器的SEPIC(最大高度為3mm)應用
續(xù)流二極管具有一個40V的額定反向擊穿電壓，以處理在開關斷開期間感應于其上的電壓，該感應電壓值等于輸入電壓與輸出電壓之和。LT1961的最大額定開關電壓為35V因而允許輸入電壓高達18V。當一個DC電荷與輸入電壓相等，耦合電容器將開關節(jié)點上的電壓提升至一個等于輸入電壓與輸出電壓之和的電平。任何開關轉換器開關節(jié)點上的微小電壓尖峰要求在最大額定開關電壓與輸入及輸出電壓之和之間留有幾伏的空間。通過把高△I/△t的不連續(xù)電流通路(在圖1和圖4中用粗線來表示)保持得盡可能簡短，可最大限度地減小開關尖峰。這兩個電源電感器的布置并不是至關緊要的，從而使得受限于空間的電源布局設計變得更加容易。
如圖5所示，效率一般高于75%，最高可達80%。該指標優(yōu)于12V SEPIC的平均水平，而與一個價格和大小相近且輸入電壓被限定在14V以上的12V降壓型轉換器解決方案相比也低不了多少。如圖6所示，最大負載電流隨輸入電壓的升高而增大。在12V的輸入電壓條件下，負載電流可能會達到500mA；而當輸入電壓為18V時，負載電流可高達600mA。LT1961的最大開關電流為1.5A，即L1和L2中的峰值電流之和。輸出電壓的升高將使輸入電感器中的電流變大。
圖5 : 圖4所示電路的效率
圖6 : 圖4所示電路的峰值電感器電流和最大負載電流
結論
LT1961適合于專門針對具有寬輸入電壓范圍應用的SEPIC解決方案。這些解決方案尺寸小、簡單且外形扁平。由于全部采用了陶瓷電容器和纖巧型元件，因此有助于將電源成本保持在一個最低的水平上。本文所述的兩電感器型SEPIC免除了采用外形較高的變壓器需要，并提供了布局上的靈活性，以滿足嚴格的設計約束條件要求。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請電話或者郵箱聯(lián)系小編進行侵刪。
推薦閱讀：
2022第六屆上海國際自動駕駛與智能座艙技術創(chuàng)新應用展覽會
智慧農(nóng)業(yè)大有可為，“數(shù)字種地”更輕松
破解中高端MCU難題！這家國產(chǎn)企業(yè)的制勝法寶是什么？
