中心議題：

• 電路運行
• 伏-微秒平衡
• 實例設計

單端初級電感轉換器 (SEPIC) 能夠通過一個大於或者小於調節輸出電壓的輸入電壓工作。除能夠起到一個降壓及升壓轉換器的作用以外，SEPIC 還具有最少的有源組件
、一個簡易控製器和鉗位開關波形
，從而提供低噪聲運行。看是否使用兩個磁繞組，是我們識別 SEPIC deyibanfangfa。zhexieraozukeraoyugongyongtiexinshang
，qiyuouheshuangraozudiangandeqingkuangyiyang，huozhetamenyekeyishilianggefeiouhediangandedanduraozu。shejirenyuantongchangbuquedingnayizhongfangfazuijia，yijiliangzhongfangfazhijianshifoucunzaishijichayi。benwenduimeizhongfangfajinxingyanjiu，bingtaolunmeizhongfangfaduishiji SEPIC 設計產生的影響。

電路運行

耦合電感的基本 SEPIC。當FET (Q1) 開啟時
，輸入電壓施加於初級繞組。由於繞組比為 1：1
，因此次級繞組也被施加了一個與輸入電壓相等的電壓；但是
，由於繞組的極性，整流器 (D1) 的陽極被拉負
，並被反向偏置。整流器偏頗關閉，要求輸出電容在這種“導通”時間期間支持負載，從而強迫 AC電容 (CAC) 充電至輸入電壓。Q1 開啟時，兩個繞組的電流為 Q1 到接地

，而次級電流流經 AC 電容。“導通”時間期間總 FET 電流為輸入電流和輸出次級電流的和。

FET guanbishi，raozudedianyafanxiangjixing，yiweichidianliu。zhengliuqidaodianxiangshuchuduantigongdianliushi，cijiraozudianyaxianzaibeiqianweizhishuchudianya。tongguobianyaqizuoyong，taduichujiraozudeshuchudianyajinxingqianwei。FET 的漏極電壓被鉗位至輸入電壓加輸出電壓。FET“關閉”時間期間，兩個繞組的電流流經 D1 至輸出端

，而初級電流則流經 AC 電容。

伏-微秒平衡

耦合電感由兩個非耦合電感代替時，電路運行情況類似。要讓電路正確運行，必須在每個磁芯之間維持伏-微秒平衡。也就是說，對於兩個非耦合電感而言，在FET“導通”和“關閉”時間期間

，每個電感電壓和時間的積必須大小相等，而極性相反。通過代數方法表明，非耦合電感的 AC 電容電壓也被充電至輸入電壓。在 FET“關閉”時間期間
，輸出端電感被鉗位至輸出電壓，其與耦合電感的次級繞組一樣。在 FET“導通”時間期間，AC 電容在電感施加一個與輸入電壓相等但極性相反的電勢。每間隔時間
，對電感定義電壓進行鉗位，這樣伏-微秒平衡便決定了占空比 (D) 的大小。其在連續導通模式 (CCM) 運行時，可簡單表示為：

FET 導通時，施加於輸入端電感的電壓等於輸入電壓。FET關閉時，伏-微秒平衡通過鉗位其 VOUT 來維持。記住
，FET 導通時，輸入電壓施加於兩個電感
；FET 關閉時，輸出電壓施加於兩個電感。兩個非耦合電感 SEPIC 的電壓和電流波形，與耦合電感版本的情況非常類似，以至於很難分辨它們。

兩個還是一個？

如果 SEPIC 類型之間確實存在少許的電路運行差異的話，那麼我們應該使用哪一種呢？我們通常選擇使用耦合電感，是因其更少的組件數目、更geng佳jia的de集ji成cheng度du以yi及ji相xiang對dui於yu使shi用yong兩liang個ge單dan電dian感gan而er言yan更geng低di的de電dian感gan要yao求qiu。然ran而er，高gao功gong率lv現xian貨huo耦ou合he電dian感gan有you限xian的de選xuan擇ze範fan圍wei

，成cheng為wei擺bai在zai廣guang大da電dian源yuan設she計ji人ren員yuan麵mian前qian的de一yi個ge難nan題ti。如ru果guo他ta們men選xuan擇ze設she計ji其qi自zi己ji的de電dian感gan，則ze必bi須xu規gui定ding所suo有you相xiang關guan電dian參can數shu，並bing且qie必bi須xu麵mian對dui更geng長chang的de交jiao貨huo時shi間jian問wen題ti。耦ou合he電dian感gan SEPIC 可受益於漏電感
，其可降低 AC 電流損耗。耦合電感必須具有 1：1 的匝數比，以實施伏-微wei秒miao平ping衡heng。選xuan擇ze使shi用yong兩liang個ge單dan獨du的de非fei耦ou合he電dian感gan
，一yi般ban可ke以yi更geng廣guang泛fan地di選xuan擇ze許xu多duo現xian貨huo組zu件jian。由you於yu並bing不bu要yao求qiu每mei個ge電dian感gan的de電dian流liu和he電dian感gan完wan全quan相xiang等deng，因yin此ci可ke以yi選xuan擇ze使shi用yong不bu同tong的de組zu件jian尺chi寸cun，從cong而er帶dai來lai更geng大da的de靈ling活huo性xing。

方程式 1 到 3 表明了耦合電感和非耦合電感的電感計算過程。


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方程式計算得到最大輸入電壓和最小負載時 CCM 運行所需的最小電感。50% 占空比運行（VIN 等於 VOUT 時出現）和統一效率條件下，比較這些方程式可知
，方程式 1 中(zhong)耦(ou)合(he)電(dian)感(gan)的(de)計(ji)算(suan)值(zhi)是(shi)非(fei)耦(ou)合(he)電(dian)感(gan)計(ji)算(suan)值(zhi)的(de)兩(liang)倍(bei)。由(you)於(yu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)肯(ken)定(ding)會(hui)有(you)損(sun)耗(hao)，而(er)大(da)多(duo)數(shu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)源(yuan)均(jun)有(you)很(hen)大(da)不(bu)同(tong)
，因(yin)此(ci)這(zhe)種(zhong)簡(jian)化(hua)了(le)的(de)電(dian)感(gan)泛(fan)化(hua)一(yi)般(ban)為(wei)錯(cuo)誤(wu)的(de)
；但它通常足以應付除極端情況以外的所有情況。它一般意味著，轉換器會比預期稍快一點進入非連續導通模式 (DCM) 運(yun)行(xing)，其(qi)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)仍(reng)然(ran)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)。如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)

，使(shi)用(yong)非(fei)耦(ou)合(he)電(dian)感(gan)時(shi)
，正(zheng)如(ru)我(wo)們(men)通(tong)常(chang)假(jia)設(she)的(de)那(na)樣(yang)，無(wu)需(xu)輸(shu)出(chu)端(duan)電(dian)感(gan)的(de)值(zhi)與(yu)輸(shu)入(ru)端(duan)電(dian)感(gan)一(yi)樣(yang)；但是為了簡單起見肯定會這樣做。利用 VOUT/VIN 調節輸入端電感，便可確定輸出端電感值。使用更小值輸出端電感的好處是，它一般尺寸更小而且成本更低。

實例設計

“表 1”所示規範為設計比較的基礎。第一個設計使用一個耦合電感
，而第二個則使用兩個非耦合電感。

使用一個耦合電感的設計是典型的 64W 輸出功率車載輸入電壓範圍。方程式1表明，耦合電感要求 12 µH 的電感，以及 13 A 的組合電流額定值（基於 IIN + IOUT）。這種設計特別具有挑戰性，因為現貨電感選擇範圍有限。因此，我們指定並設計了 Renco 自定義電感。該電感纏繞在一個分離式線軸上以產生漏電感，旨在最小化能夠引起損耗的循環 AC 電流。產生這些損耗的因為，施加在漏電感的 AC 電容紋波電壓。若想實施低功耗設計，Coilcraft（MSS1278 係列）和Coiltronics（DRQ74/127 係列）的耦合電感均是較好的現貨產品。

就非耦合電感設計而言，33-µH Coilcraft SER2918用於L1，而22-µH Coiltronics HC9 則用於 L2。它們的選擇均基於繞組電阻、額定電流和尺寸。選擇電感時，設計人員必須注意還要考慮鐵芯和 AC 繞組損耗。這些損耗可降低電感的有效DC電流，但並非所有廠商都提供計算所需的全部信息。錯誤的計算結果
，會大大增加鐵芯溫度
，使其超出典型的 40°C 溫升。它還會降低效率，並且加速過早失效現象的出現。

表 1 原型 SEPIC 電氣規範
參數     規範
輸入電壓     8到32V
輸出電壓     16V
最大輸出電流     4A
紋波     1%
最小功率（最大負載）     91%

圖 2 顯示了使用一個耦合電感的原型 SEPIC的 示意圖。若想在設計中實施非耦合電感，隻需在相同 PWB 上用兩個電感替換耦合電感便可。圖 3 顯示了兩種原型電路。圖 3b 中，L1 占用了耦合電感的空間
，而 L2 則位於右上角。

正(zheng)如(ru)預(yu)計(ji)的(de)那(na)樣(yang)，兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)以(yi)一(yi)種(zhong)近(jin)乎(hu)完(wan)全(quan)一(yi)樣(yang)的(de)方(fang)式(shi)工(gong)作(zuo)
，且(qie)開(kai)關(guan)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)實(shi)質(zhi)相(xiang)同(tong)。但(dan)在(zai)性(xing)能(neng)方(fang)麵(mian)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)重(zhong)要(yao)的(de)差(cha)異(yi)。耦(ou)合(he)電(dian)感(gan)設(she)計(ji)的(de)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)相(xiang)當(dang)良(liang)性(xing)
，而(er)非(fei)耦(ou)合(he)電(dian)感(gan)設(she)計(ji)則(ze)在(zai)最(zui)初(chu)時(shi)候(hou)出(chu)現(xian)不(bu)穩(wen)定(ding)。環(huan)路(lu)增(zeng)益(yi)測(ce)量(liang)表(biao)明(ming)，高(gao) Q、低頻諧振是罪魁禍首，其要求添加一個 R/C 阻尼濾波器與 AC 電容並聯。極大簡化時，諧振頻率似乎約為：[page]

SEPIC 電路具有非常複雜的控製環路特性，同時由於分析結果的解釋一般較為困難，因此必需使用一些數學工具來進行具體分析。添加這種 R/C 阻尼濾波器（220 µF/2Ω）會增加成本、電路麵積和損耗。相比一個單耦合電感，使用兩個非耦合電感會使麵積增加 10%。

圖 4 顯示了兩種電路的測量效率。我們可以看到
，耦合電感設計的效率增加多達 0.5%。這可能是由於耦合電感設計的總鐵芯損耗更低，因為其 DC 接線損耗實際高於使用非耦合電感的設計。L2 使用一種粉狀鐵芯材料，其往往具有比L1 和自定義 Renco 耦合電感所用鐵氧體材料更高的損耗。盡管使用了 L2 的鐵氧體材料，但其會導致更大的麵積。
結論

利用一個耦合電感或者兩個非耦合電感，均能成功實施SEPIC。更高的效率

、更geng小xiao的de電dian路lu麵mian積ji以yi及ji更geng良liang性xing的de控kong製zhi環huan路lu特te性xing
，這zhe些xie都dou是shi使shi用yong正zheng確que纏chan繞rao的de自zi定ding義yi耦ou合he電dian感gan時shi原yuan型xing硬ying件jian所suo帶dai來lai的de好hao處chu。自zi定ding義yi組zu件jian沒mei有you現xian貨huo器qi件jian那na麼me理li想xiang，而er許xu多duo耦ou合he電dian感gan隨sui處chu可ke以yi購gou買mai到dao，且qie尺chi寸cun更geng小xiao。如ru果guo產chan品pin上shang市shi場chang時shi間jian至zhi關guan重zhong要yao，則ze非fei耦ou合he電dian感gan可ke為wei設she計ji人ren員yuan帶dai來lai更geng大da的de靈ling活huo性xing。