Other Parts Discussed in Post: LM5122, PMP10886
作者：John Betten
單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）在降低或升高輸入電壓以維持穩(wěn)定的輸出電壓方面功不可沒。這在汽車應(yīng)用或可能提供多個(gè)輸入源的系統(tǒng)中非常有用，但您不一定要更改轉(zhuǎn)換器類型。SEPIC具有許多優(yōu)勢（如極小的有源部件），并且只需要一個(gè)低成本的升壓型或反激式控制器。但像所有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣，它在某些性能方面也可能收效不佳。其中的一個(gè)不足之處就是二極管整流導(dǎo)致的受限最大輸出電流。讓我們來看看如何同步輸出才能對此有幫助。
圖1展示了一個(gè)基本的SEPIC電路，圖2則詳細(xì)說明了對應(yīng)的關(guān)鍵電壓和電流波形。當(dāng)Q2打開時(shí)，它導(dǎo)通的電流量是流經(jīng)L1每個(gè)繞組的電流總和。這個(gè)總和等于輸入電流加上輸出電流，且在滿載且輸入電壓最小時(shí)達(dá)到其最大值。當(dāng)Q2關(guān)閉時(shí)，這兩種電流通過D1改道至輸出電容器和負(fù)載。當(dāng)Q2關(guān)閉后電流只能在D1內(nèi)流動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)Q2打開時(shí)D1是反向偏置的。
圖1：耦合電感器SEPIC轉(zhuǎn)換器擁有兩條電流路徑
圖2：連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）SEPIC的關(guān)鍵波形
在D1中流動(dòng)的電流的大小為Iout/（1-D），如圖2所示。傳導(dǎo)電流可顯著大于Iout，因?yàn)檩斎腚妷哼h(yuǎn)低于Vout（這種情況下占空比變大）。很容易就能看出，當(dāng)以50％的占空比運(yùn)行時(shí)（這種情況下輸入和輸出電壓相等），D1中的電流是輸出電流的兩倍。D1中的平均電流為Iout，但是為計(jì)算D1中的功耗，當(dāng)Iout/（1-D）較高時(shí)有必要使用二極管的正向電壓降。這樣就能用公式(1) 計(jì)算最大的二極管耗散：
（1）
PD1 = [Iout * Vd1]，其中Vd1是 時(shí)的二極管正向電壓降。
用Iout/(1-D)計(jì)算功耗可能需要使用額定電流比預(yù)期更高的二極管以及熱增強(qiáng)型封裝。
圖3用LM5122同步升壓型控制器實(shí)現(xiàn)了同步SEPIC轉(zhuǎn)換器。它允許使用一個(gè)N通道的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）（Q1）來替換二極管D1，從而能降低損耗或在損耗相同的情況下允許更多的輸出電流。
圖3：用同步升壓型控制器和浮動(dòng)柵極驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的同步SEPIC轉(zhuǎn)換器可提高效率
SEPIC擁有兩個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)（TP2、TP3），而不是單個(gè)升壓的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。SEPIC同步場效應(yīng)晶體管（FET）（Q1）的柵極不能直接連接到升壓型控制器的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗脑礃O（TP3）與它的SW引腳（TP2）不在同一電位。為了驅(qū)動(dòng)它，筆者添加了一個(gè)由R3/D2/C15構(gòu)成的浮動(dòng)電平移位器電路。C15具有跨越其兩端的VIN的電壓降，這與“快速”電容器C1的電壓相同，從而能提供跨Q1柵極至源極的正確電壓擺幅。R3/D2可恢復(fù)正確的柵極驅(qū)動(dòng)器偏移量（低 = - 0.5V，高 = 7V）。
概括地說，由于熱限制的原因，SEPIC轉(zhuǎn)換器的整流器損耗可對所需的最大輸出電流強(qiáng)加一個(gè)實(shí)際的限制。隨著該轉(zhuǎn)換器的輸入電壓下降，二極管的導(dǎo)通電流會增加，從而增加損耗，提高溫度并影響效率。通過用同步FET代替二極管，就能減少這些損耗。在圖3所示的范例電路中，在損耗相同的情況下，其輸出電流比傳統(tǒng)SEPIC增加了1A多。同步整流可獲得超過95％的效率。
如欲進(jìn)一步了解這個(gè)話題，敬請閱讀這篇電源小貼士文章：《提高SEPIC性能的三大途徑》
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TI設(shè)計(jì)參考PMP10886 REVA，“電流為5A時(shí)電壓為12V的同步SEPIC轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)?！?br/>查看TI“電源之家”的電源小貼士博客系列。
