電源設(shè)計(jì)小貼士 14：SEPIC 轉(zhuǎn)換器提供高效偏置電源

2011年06月03日11:22:41 本網(wǎng)站我要評(píng)論(2)字號(hào)：T | T | T

如果不需要隔離，那么就考慮使用一個(gè) SEPIC 拓?fù)鋪?lái)構(gòu)建偏壓電源。

作者：Robert Kollman

您想過(guò)使用一個(gè)單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)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(jié)構(gòu)更具吸引力�？刂� MOSFET 和輸出整流器振鈴可減少電磁干擾 (EMI) 和電壓應(yīng)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(wěn)壓，從而消除對(duì)于線性穩(wěn)壓器的需求。

圖 1 顯示的是一個(gè) SEPIC 轉(zhuǎn)換器，像反向轉(zhuǎn)換器一樣它具有較少的部件數(shù)量。實(shí)際上，如果去除 C1，該電路就是一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器。該電容可提供對(duì)其所連接半導(dǎo)體的電壓鉗位控制。當(dāng) MOSFET 開(kāi)啟時(shí)，該電容通過(guò) MOSFET 對(duì) D1 的反向電壓進(jìn)行鉗位控制。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，在 D1 導(dǎo)電以前漏電壓一直上升。在關(guān)閉期間，C1 通過(guò) D1 和 C2 對(duì) MOSFET 漏電壓進(jìn)行鉗位控制。具有多個(gè)輸出端的 SEPIC 轉(zhuǎn)換器對(duì)繞組比構(gòu)成限制。其中的一個(gè)次級(jí)繞組對(duì)初級(jí)繞組的匝比需為 1:1，同時(shí) 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(jīng)使用了 5-V 繞組作為替代。

圖1 多輸出 SEPIC 轉(zhuǎn)換器

圖 1 所示電路已經(jīng)構(gòu)建完成，并經(jīng)過(guò)測(cè)試。分別將其作為帶 C1 的 SEPIC 和沒(méi)有 C1 的反向轉(zhuǎn)換器運(yùn)行。圖 2 顯示了兩種運(yùn)行模式下的 MOSFET 電壓應(yīng)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(shè)計(jì)不得不使用一個(gè) 40-V 或 60-V MOSFET，而 SEPIC 設(shè)計(jì)只需使用一個(gè)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(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。

完成對(duì)兩種電路的交叉穩(wěn)壓測(cè)量后，您會(huì)發(fā)現(xiàn) SEPIC 大體上更佳。兩種設(shè)計(jì)中，5 V 額定電壓實(shí)際值為 5.05 V，負(fù)載在 0 到滿負(fù)載之間變化，同時(shí)輸入電壓被設(shè)定為 12V 或 24V。SEPIC 的 12V 電壓維持在 10% 穩(wěn)壓頻帶內(nèi)，而反向轉(zhuǎn)換器的 12V 電壓則上升至 30V（高線壓輸入，12V 無(wú)負(fù)載，5V 全負(fù)載）。如果根據(jù)低電壓應(yīng)力選擇功率部件，那么即使這兩種結(jié)構(gòu)的效率相同人們也會(huì)更傾向于使用 SEPIC。

圖2 SEPIC 極大地降低了 EMI 和電壓應(yīng)力。上圖沒(méi)有 C1，而下圖則安裝了 C1。

總之，對(duì)非隔離式電源而言，SEPIC 是一種重要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它將 MOSFET 電壓應(yīng)力鉗位控制在一個(gè)等于輸入電壓加輸出電壓的值，并消除了反向轉(zhuǎn)換器中的 EMI。減少的電壓應(yīng)力允許使用更低電壓的部件，從而帶來(lái)更高效率和更低成本的電源。EMI 的降低可以簡(jiǎn)化較終產(chǎn)品的合規(guī)測(cè)試。較后，如果配置為多輸出電源，則其交叉穩(wěn)壓將優(yōu)于反向轉(zhuǎn)換器。

作者簡(jiǎn)介

Robert Kollman 現(xiàn)任 TI 高級(jí)應(yīng)用經(jīng)理兼科技委員會(huì)資深委員。他擁有超過(guò) 30 年的電源電子行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，并為電源電子成功設(shè)計(jì)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(nèi)。Robert 畢業(yè)于得克薩斯 A&M 大學(xué)(Texas A&M University)，獲電子工程理學(xué)士學(xué)位，后又畢業(yè)于南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué) (Southern Methodist University)，獲電子工程碩士學(xué)位。.