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ai无名
Lv1 太平洋舰队新兵
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2018-05-10 11:06 0 0 只看楼主
电梯直达 
  单端初级电感转换器(SEPIC)是一种DC-DC电压转换器(“稳压器”),它能够同时升压(“升压”)和降压(“降压”)输入电压;当硅电压请求时,从电池获得最大容量的有用特性。回收率高于电池的低电压范围。
  传统的降压/升压转换器也可以做到这一点,但SEPIC比传统的同类产品有许多优点。本文介绍了SEPIC电压调节器的拓扑结构及其优点,并回顾了一些最新的基于SEPIC的电源模块。
  电池容量最大化
  随着电池放电,其输出电压减小。例如,一个锂离子电池(锂离子电池)在充放电时提供4.2伏,在放电点结束时下降到3 V。图1示出了在0.2 C负载下的锂离子放电曲线(其中C是安培小时的电池额定容量)。因此,电池将在这个负载下持续五小时。
  锂离子电池德克萨斯仪器放电曲线图像
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  图1:锂离子电池放电曲线(图片来源:凯利讯半导体)。
  用于移动产品的DC-DC电压调节器被设计成将电池的(可变)电压转换成适合于敏感硅的恒定电压。线性稳压器使用可变电阻器作为分压器,由反馈回路提供调节(见TealStand文章)了解线性调节器的优缺点)。
  线性调节器工作到接近电池输出等于硅所需电压的点附近。然而,线性稳压器只能降压(“降压”)输入电压,因此取决于稳压器的降压电压,该电路将停止工作在一定的电压略高于硅所需的电压。虽然现代“低压差”(LDO)芯片将这种电压差减到最小,但没有线性调节器能以低于其输出的输入电压工作。
  德克萨斯仪器(TI)提供其TPS7A3401 LDO电压调节器,可产生1.18至18 V输出从3至20伏电源。该稳压器可以提供高达200毫安的输出电流,并具有0.5伏(在200毫安)的电压下降。
  线性调节器的“只降压”配置可能是便携式系统的一个缺点,因为当电池中仍有一定容量时,产品停止运行。例如,如果硅需要3.3伏,那么由在图1所示的条件下工作的电池供电的产品将在超过三小时后“耗尽”(而不是从其标称容量计算出的五小时)。
  开关型DC-DC电压调节器更灵活。在某些配置中,当电池下降到临界电压以下时,开关稳压器能够从降压翻转到升压(“升压”)模式。在模式改变之后,调节器的输出将高于输入电压,向硅提供恒定电压,同时最大化电池的容量。
  这种器件的一个例子是在半导体的NCP3064降压/升压开关稳压器。该芯片可在1.25至40 V输入下工作,以1.5至3 V的电流提供一个3至40伏的输出,峰值效率为90%。

  SEPIC的优点
  在典型的降压/升压配置中的开关变换器如图2所示。输出电压是脉冲宽度调制串的占空比和输入电压的乘积。这种类型的设备在电池供电的应用中很受欢迎,因为它的高效率。
  线性技术的非隔离降压/升压开关稳压器拓扑结构

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  图2:非隔离降压/升压开关稳压器拓扑(图片来源:凯利讯半导体)。
  基本降压/升压拓扑的一个关键特性是负载的电压与电池所传递的电压相比是相反的。这种电压反转可以增加设计的复杂性,特别是当提供模拟组件时。
  相比之下,SEPIC调节器是基于降压/升压设计的,但是增加了额外的电感器和电容器。此外,初级电感器的一端连接到电池正极端子(因此SEPIC的名称)。电容器阻挡输入和输出之间的任何直流分量。该电容器的添加意味着必须添加第二电感器,使得二极管的阳极能够连接到已知的电势。这是通过将二极管通过第二电感器连接到地来实现的。
  由于在整个开关周期中对电感器施加相同的电压,所以一些设计看到两个电感缠绕在同一个核心上,具有减少元件数量和更紧凑设计的优点。
  SEPIC配置(图3)保留了用于电池供电设计的降压/升压拓扑的优点,但是具有SEPIC输出电压与输入极性相同的关键优点。
  线性技术的图像SEPIC开关电压调节器拓扑

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  图3:SEPIC开关电压调节器拓扑(图片来源:凯利讯半导体)。
  SEPIC设计有许多其他好处。首先,从输入到输出的电容耦合能量允许器件以比传统的降压/升压设计更可控的方式处理短路。其次,当开关被关闭时,SEPIC调节器的输出不同于降压/升压配置,下降到0 V第三,SEPIC设计使用最小的有源元件并由简单的控制器监视,节省了成本和电路板空间。最后,由于SEPIC调节器使用“箝位”开关波形,它从其高频开关操作中降低了噪声,减轻了电磁干扰的挑战。
  SEPIC拓扑中最显著的缺点是由于额外的寄生电容和与额外电容器和电感器相关的阻抗而导致的效率降低。效应的大小根据应用而变化,但是典型的降压/升压装置可能夸耀效率高达92%,等效的SEPIC将表现出约90%的峰值效率。

  SEPIC模块采购
  与传统的降压/升压器一样,基于模块化电源管理芯片的SEPIC电压调节器来自一系列供应商。这些模块将开关稳压器的关键部件集成到单个芯片中,减轻了电路设计的一些挑战。然而,典型地,这样的模块不包括电感器和电容器(见TealStand文章)电感器在完成基于功率模块的解决方案中的作用。建议工程师们为SEPIC操作设计一个模块,然后按照制造商的应用笔记来选择和设计适当的外部元件。
  线性技术提供了专为SEPIC操作而设计的LT34 67。该装置可以产生从1.255到40 V的输出,从2.4到16 V的输入。最大电流输出是1.1 A,并且该器件保证高达90%的效率(在VIN=4.2 V,VOUT=5 V,Iout 300 mA)。图4示出LT367的应用电路。
  线性技术图像LT367 SEPIC应用电路

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  图4:线性技术LT34 67 SEPIC应用电路(图片来源:凯利讯半导体)。
  就其本身而言,TI为TSEIC配置提供TPS61170。该模块具有从3至18 V的输入电压输出范围为3至38 V。该装置工作在一个固定频率为1.2 MHz,并可提供高达1.2 A。效率也在90%左右(在VIN=5 V,VOUT=12 V,IOUT=150毫安)。
  SEPIC电压调节器是非隔离电池供电系统的良好选择。该拓扑能够同时降压和升压,并且不像传统的降压/升压调节器,提供非倒和零伏特输出。

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