中心議題：

• 討論耦合電感 SEPIC 轉換器的優勢
• 認識耦合電感和非耦合電感的的區別

解決方案：

• 利用一個耦合電感或者兩個均能實施SEPIC

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。 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。
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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。

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%
最小效率（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。
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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：
  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)。