中心議題：
- 耦合電容器AC 電壓被施加于耦合電感漏電感的情況
- 利用松散耦合電感和緊密耦合電感構(gòu)建電源的測(cè)量結(jié)果
本文將確定SEPIC 拓?fù)渲旭詈想姼械囊恍┞╇姼幸螅謨刹糠诌M(jìn)行介紹。第一部分討論耦合電容器 AC 電壓被施加于耦合電感漏電感的情況。漏電感電壓會(huì)在電源中引起較大的回路電流。第二部分將介紹利用松散耦合電感和緊密耦合電感所構(gòu)建電源的一些測(cè)量結(jié)果。
耦合電容器AC 電壓被施加于耦合電感漏電感的情況
在不要求主級(jí)電路和次級(jí)電路之間電氣隔離且輸入電壓高于或者低于輸出電壓時(shí)，SEPIC 是一種非常有用的拓?fù)?。在要求短路電路保護(hù)時(shí)，我們可以使用它來代替升壓轉(zhuǎn)換器。SEPIC 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是單開關(guān)工作和連續(xù)輸入電流，從而帶來較低的電磁干擾(EMI)。這種拓?fù)?如圖1 所示)可使用兩個(gè)單獨(dú)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(gè)耦合電感，如圖所示。因其體積和成本均小于兩個(gè)單獨(dú)的電感，耦合電感頗具吸引力。其存在的缺點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)電感并非總是針對(duì)全部可能的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。
圖1 SEPIC 轉(zhuǎn)換器使用一個(gè)開關(guān)來升降輸出電壓
這種電路的電流和電壓波形與連續(xù)電流模式(CCM) 反向電路類似。開啟Q1 時(shí)，其利用耦合電感主級(jí)的輸入電壓，在電路中形成能量。關(guān)閉Q1 時(shí)，電感的電壓逆轉(zhuǎn)，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(shí)，次級(jí)電感電流流過它然后接地。Q1 關(guān)閉時(shí)，主級(jí)電感電流流過C_AC，從而增加流經(jīng)D1 的輸出電流。相比反向電路，這種拓?fù)涞囊粋€(gè)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(chǎn)生更高功效的器件。
由于這種拓?fù)渑c反向拓?fù)漕愃疲虼嗽S多人會(huì)認(rèn)為要求有一套緊密耦合的繞組。然而，情況卻并非如此。圖2 顯示了連續(xù)SEPIC 的兩個(gè)工作狀態(tài)，其變壓器已通過漏電感(LL)、磁化電感(LM) 和一個(gè)理想變壓器(T) 建模。經(jīng)檢查，漏電感的電壓等于C_AC 的電壓。因此，較小值C_AC 或者較小漏電感的大AC 電壓會(huì)形成較大的回路電流。較大的回路電流會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的效率和EMI 性能，而這種情況是我們所不希望出現(xiàn)的。減少這種大回路電流的一種方法是增加耦合電容(C_AC)。但是，這樣做是以成本、尺寸和可靠性為代價(jià)的。一種更為精明的方法是增加漏電感，其在指定某個(gè)定制磁性組件的情況下可以很輕松地實(shí)現(xiàn)。
2a)MOSFET 開啟：VLL = VC_AC - VIN = ?VC_AC(DC 部分刪除)
2b) MOSFET關(guān)閉: VLL = VIN + VOUT - VC_AC - VOUT = ?VC_AC (DC 部分刪除)
圖2a 和2b SEPIC 轉(zhuǎn)換器的兩種工作狀態(tài)。
漏電感的AC 電壓等于耦合電容電壓。 [page]
利用松散耦合電感和緊密耦合電感構(gòu)建電源的測(cè)量結(jié)果
構(gòu)建起如圖3 所示電路，并對(duì)其進(jìn)行描述。該電路可在汽車市場(chǎng)獲得應(yīng)用。這里，其擁有一個(gè)8V 到36V 的寬范圍輸入，可以為穩(wěn)定12-V 輸出以上或者以下。汽車市場(chǎng)更喜歡使用陶瓷電容器，原因是其寬溫度范圍、長(zhǎng)壽命、高紋波電流額定值和高可靠性。結(jié)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(shí)這種電路會(huì)對(duì)低漏電感值更加敏感。
圖3 SEPIC 轉(zhuǎn)換器可利用一個(gè)單開關(guān)降壓或者升壓
該電路中的兩個(gè)47 uH Coilcraft 電感分別為：一個(gè)非常低漏電感(0.5 uH) 的MSD1260，以及一個(gè)較高漏電感(14 uH) 的MSC1278。圖4 顯示了這兩個(gè)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(gè)低漏電感值所得到的結(jié)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%。
圖4 低漏電感(右邊)帶來嚴(yán)重的耦合電感回路電流
很明顯，利用緊密耦合電感對(duì)這種電源進(jìn)行電磁干擾(EMI) 濾波會(huì)存在更多的問題。這兩種設(shè)計(jì)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(chǎn)生的第二個(gè)影響是對(duì)轉(zhuǎn)換器效率的影響。由于電源中多出了50% 的RMS電流，傳導(dǎo)損耗將會(huì)增加一倍以上。圖5將這兩種電感的效率進(jìn)行了比較(電路其它部分保持不變)。12V 到12V 轉(zhuǎn)換時(shí)，兩種結(jié)果都很不錯(cuò)——都在90%左右。但是，松散耦合電感在負(fù)載范圍得到的效率高出1 到2 個(gè)百分點(diǎn)，而它的DC 電阻與緊密耦合電感是一樣的。
圖5 由于更少的電流，高漏電感(MSC1278) 產(chǎn)生更高的效率
總之，SEPIC 轉(zhuǎn)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(shí)際上，緊密耦合會(huì)增加電源內(nèi)的電流，從而使輸入濾波復(fù)雜化并降低效率。選擇合適漏電感值的最簡(jiǎn)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(shè)置允許紋波電流，最后計(jì)算得到最小漏電感。
