一、sepic電路應用

sepic電路應用（一）

市電220V首先經過變壓器降壓后，通過整流、濾波轉換為直流電。由于整流、濾波輸出后的電壓較高，首先進行直流電壓的一次降壓，然后供給升降壓SEPIC變換器，采用電位器實現無極電壓調節，通過模數轉換芯片采集電壓、電流并顯示。另外，輸出回路增加過流保護。系統整體設計方案框圖如圖1-1所示。

開關電源電路設計

（一）SEPIC轉換器電路設計

SEPIC轉換器又稱為升降壓轉換器，是本開關電源的重要組成部分。選用XL6009開關升降壓型DC-DC芯片，固定開關頻率400KHZ。超寬輸入電壓5~32V，超寬輸出電壓1.25~30V，具有自動升降壓功能，在工作范圍內任意電壓輸出均可穩壓任意電壓輸出，最大輸出電流為4A。原理圖如圖2-1所示。

由圖可知XL6009芯片5腳為反饋端，4腳為電壓輸入端，3腳為功率輸出端，2腳為內部電壓調節端，不用可懸空，1腳為接地端。輸入端需并聯電解電容以消除噪聲。由于輸入電壓最高32V，考慮各種因素，選擇35V，220uF的固態電容，并且再并聯一個瓷片電容以進行高頻去耦。若輸出電壓最大為30V，需保證有一定的裕量，故選擇50V，220uF的固態電容，且再并聯一個瓷片電容以配合。因電感器對輸出紋波有直接影響，通過計算兩個電感均選擇47UH。輸出電壓可調主要是依靠反饋電阻R1，R2的比值，R2為可調電位器，R1為固定阻值電阻。通過調節R2即可調節輸出電壓，得到5~30V之間的任意寬范圍電壓。

（二）TLC2543A/D轉換采集電路設計

A/D轉換電路負責對開關電源輸出回路進行電壓、電流實時檢測，及時將檢測值送給主控芯片，再由主控芯片對回路進行相應的保護。A/D轉換采集電路圖如圖2-2所示。由圖2-2可知，TLC2543A/D轉換芯片11路模擬輸入端口外接所要檢測的值，電源的正負極接一去耦電容，以減小輸入芯片的電源紋波。轉換芯片還需個基準電壓才能進行正常的A/D轉換，此部分可直接板載電壓或也可用一精準的基準電壓。雖然外圍電路簡單，但因是一片較為敏感的芯片，尤其在高速轉換時，極易受到外界干擾使轉換值不準確，這就要求其芯片底部盡可能不要有信號線或電源線接近。

（三）電壓衰減電路設計

開關電源若輸出可調電壓5~30V，遠遠大于A/D轉換芯片的模擬輸入量，需對其進行降壓才能輸入給轉換芯片，這就采用分壓電路。電壓衰減電路可分為運放負反饋衰減和分壓衰減。通過對比發現分壓衰減電路較簡單，分壓衰減即是通過兩個電阻串聯對電壓進行比例分配。其分壓電路如圖2-3所示。

圖2-3分壓電路原理圖

sepic電路應用（二）

在不要求主級電路和次級電路之間電氣隔離且輸入電壓高于或者低于輸出電壓時，SEPIC 是一種非常有用的拓撲。在要求短路電路保護時，我們可以使用它來代替升壓轉換器。SEPIC 轉換器的特點是單開關工作和連續輸入電流，從而帶來較低的電磁干擾（EMI）。這種拓撲（如圖1 所示）可使用兩個單獨的電感（或者由于電感的電壓波形類似），因此還可以使用一個耦合電感，如圖所示。因其體積和成本均小于兩個單獨的電感，耦合電感頗具吸引力。其存在的缺點是標準電感并非總是針對全部可能的應用進行優化。

圖1 SEPIC 轉換器使用一個開關來升降輸出電壓

這種電路的電流和電壓波形與連續電流模式（CCM） 反向電路類似。開啟Q1 時，其利用耦合電感主級的輸入電壓，在電路中形成能量。關閉Q1 時，電感的電壓逆轉，然后被鉗制到輸出電壓。電容C_AC 便為SEPIC 與反向電路的差別所在;Q1　開啟時，次級電感電流流過它然后接地。Q1 關閉時，主級電感電流流過C_AC，從而增加流經D1 的輸出電流。相比反向電路，這種拓撲的一個較大好處是FET 和二極管電壓均受到C_AC 的鉗制，并且電路中很少有振鈴。這樣，我們便可以選擇使用更低的電壓，并由此而產生更高功效的器件。

二、sepic斬波電路波形分析

1、電路結構和工作狀態分析

圖1 SEPIC電路拓撲結構

圖2 Q1斷開時工作狀態（狀態1）

圖3 Q1導通時工作狀態（狀態2）

圖1為SEPIC電路的拓撲結構。圖2為MOS管Q1斷開時電路的工作的工作狀態，電容Cs處于充電狀態，電感L1和L2處于放電狀態。圖3為MOS管Q2導通時電路的工作狀態，電容Cs處于放電狀態，電源給L1充電，電容Cs給電感L2充電。圖2和圖3電路中的電流流向如圖中箭頭所示。

2、sepic斬波電路波形分析

我們構建起如圖1 所示電路，并對其進行描述。該電路可在汽車市場獲得應用。這里，其擁有一個8V 到36V 的寬范圍輸入，可以為穩定12-V 輸出以上或者以下。汽車市場更喜歡使用陶瓷電容器，原因是其寬溫度范圍、長壽命、高紋波電流額定值和高可靠性。結果，耦合電容器（C6） 便為陶瓷的。這就意味著，相比電解電容器，它擁有較高的AC 電壓，同時這種電路會對低漏電感值更加敏感。

圖1 SEPIC 轉換器可利用一個單開關降壓或者升壓

該電路中的兩個47 uH Coilcraft 電感分別為：一個非常低漏電感（0.5 uH） 的MSD1260，以及一個較高漏電感（14 uH） 的MSC1278。圖2 顯示了這兩個電感的一次電流波形。左邊為MSC1278 電感的輸入電流（流入L1 的引腳1），而右邊為MSD1260 輸入電流波形。左邊的電流為一般情況。電流主要為其三角AC 分量的DC。右邊的波形為利用耦合電感的高AC 電壓以及一個低漏電感值所得到的結果。峰值電流幾乎為DC 輸入電流的兩倍，而RMS 電流比高漏電感情況多出50%。

（a）松散耦合 （b）緊密耦合

圖2 低漏電感（右邊）帶來嚴重的耦合電感回路電流

很明顯，利用緊密耦合電感對這種電源進行電磁干擾（EMI） 濾波會存在更多的問題。這兩種設計之間的AC 輸入電流比約為5：1，也就是說還需要14 dB 的衰減。這種高回路電流產生的第二個影響是對轉換器效率的影響。由于電源中多出了50% 的RMS電流，傳導損耗將會增加一倍以上。圖3將這兩種電感的效率進行了比較（電路其它部分保持不變）。12V 到12V 轉換時，兩種結果都很不錯——都在90%左右。但是，松散耦合電感在負載范圍得到的效率高出1 到2 個百分點，而它的DC 電阻與緊密耦合電感是一樣的。

圖3 由于更少的電流，高漏電感（MSC1278） 產生更高的效率

總之，SEPIC 轉換器中的耦合電感可以縮小電源的體積，降低電源的成本。電感并不需要緊密耦合。實際上，緊密耦合會增加電源內的電流，從而使輸入濾波復雜化并降低效率。選擇合適漏電感值的最簡單方法是利用模擬。但是，您也可以先估算出耦合電容器的電壓，然后設置允許紋波電流，最后計算得到最小漏電感。

3、CCM和DCM

CCM：Continuous Conduction Mode，（電感電流）連續導通模式

DCM：Discontinuous Conduction Mode，（電感電流）斷續導通模式

開關電源工作于哪種工作模式，在開關電源頻率不變的情況下，與開關電源的電感大小以及占空比有關系。

如果占空比比較小，電源給電感充電的時間就比較短，電感里面儲存的能量比較少，很快就放電結束，電路工作在DCM模式下。

如果電路中電感的值比較小，電感中能夠存儲的能量比較少，放電過程也會非常快，電路工作在DCM模式下。

以L1為例，電路工作在狀態2時（即圖3所示狀態）電感充電，此時電感產生的感生電動勢為左正右負，電路工作在狀態1時（即圖2所示狀態），電感放電，此時電感兩端的電壓為左負右正，給電容充電。電感放電結束時，電容Cs左端的電壓一般比電源電壓高，此時電感L1兩端的電壓為左負右正，電感出現了振蕩的現象。如圖4所示。

圖4 DCM工作模式下電感兩端的波形

圖4中1，2，3表示電路工作的三個狀態，1表示電感處于充電狀態，2表示電感處于放電狀態，3表示電感放電完了，電路處于振蕩狀態。

如果電路中電感的值、MOS管開關頻率、占空比選擇比較合適的時候，電路工作在CCM模式，圖5表示CCM模式下電感兩端電壓的波形。

圖5 CCM模式下電感兩端的波形

圖5中1，2表示電路工作的兩個狀態，1表示電感處于充電狀態，2表示電感處于放電狀態。