如何構(gòu)建和測試基于XL6009構(gòu)建的Sepic轉(zhuǎn)換器

在 DC-DC 轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，單端初級電感轉(zhuǎn)換器或SEPIC 轉(zhuǎn)換器是一種使用升壓型控制拓?fù)鋪硖岣呋蚪档洼斎腚妷旱霓D(zhuǎn)換器。讀完這篇文章后，您首先想到的問題是，它是否像美化的經(jīng)典降壓-升壓轉(zhuǎn)換器？答案是肯定的和否定的。經(jīng)典的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 由兩個電感器和兩個開關(guān)組成，這會增加成本，因此為了降低成本，使用了一種更復(fù)雜的拓?fù)?，稱為反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 。在本文中，我們將學(xué)習(xí)如何構(gòu)建和測試基于流行的XL6009 IC構(gòu)建的簡化Sepic 轉(zhuǎn)換器。

SEPIC轉(zhuǎn)換器（單端初級電感轉(zhuǎn)換器）的工作

下面的示意圖是SEPIC 轉(zhuǎn)換器的基本示意圖，在本文中，我們將使用它來解釋工作原理。

SEPIC 轉(zhuǎn)換器是一種降壓-升壓拓?fù)洌?與經(jīng)典的降壓-升壓型反相拓?fù)洳煌?。SEPIC轉(zhuǎn)換器的特點是使用兩個電感器，一個在輸入端，另一個接地，這兩個電感器通過耦合電容連接，在施加開關(guān)信號時有效地將L1和L2并聯(lián)。

現(xiàn)在，為了了解 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的工作原理，我們修改了基本電路并從圖片中移除了控制器。正如您所看到的，當(dāng)電源在那個短暫時刻施加到電路時，開關(guān)打開，電容器 C2 開始通過電感器 L1 充電?，F(xiàn)在，隨著控制器 IC 打開，它打開開關(guān)。

現(xiàn)在，隨著開關(guān)打開，兩件事同時發(fā)生，首先電感 L1 和 L2 同時開始充電。發(fā)生這種情況時，由于 XL6009 IC 的內(nèi)部電路產(chǎn)生的 PWM 脈沖，開關(guān)會打開。

現(xiàn)在，隨著開關(guān)再次關(guān)斷，電感改變極性并通過二極管放電，此時輸出電容C3保持電荷。并且根據(jù)PWM 信號和反饋，現(xiàn)在我們可以非常穩(wěn)定地改變輸出電壓。這是對 SEPIC 轉(zhuǎn)換器如何工作的非?；镜慕忉尅?/p>

此時，如果您想知道這個原理圖中的 L1 有什么用呢？現(xiàn)在，請仔細(xì)查看原理圖：您在電路圖上看到的電感器是耦合電感器，這意味著兩個繞組連接在一個磁芯中。這樣做是為了減少瞬變。因此，使用單獨的電感器設(shè)計的問題之一是兩個電感器 L1 和 L2 與電容器串聯(lián)形成諧振電路，從電路理論中我們都知道，對于LC 電路中的階躍響應(yīng)，輸入電壓可能會上升兩倍于輸入電壓，因此可能會損壞您敏感的實驗室電源。 因此，最小化該問題的方法是使用帶有耦合電感的 SEPIC。當(dāng)我們這樣做時，能量會被 SEPIC耦合電容器耦合。如果沒有耦合電容器，該電路將用作反激式轉(zhuǎn)換器。耦合電容器可將任何泄漏電壓短路，并允許電路更有效地工作。在這些類型的耦合電感轉(zhuǎn)換器中，兩個電感應(yīng)該具有相同的值，這就是我們需要構(gòu)建電感的原因。

構(gòu)建 SEPIC 轉(zhuǎn)換器所需的組件

下面列出了構(gòu)建基于 XL6009 升壓轉(zhuǎn)換器 IC 的 SEPIC 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器所需的組件。該項目中使用的組件非常通用，您可以在當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业狡渲械拇蟛糠帧?/p>

XL6009 集成電路 - 1

470uF，63V電容 - 1

220uF，63V電容 - 1

22uF，63V電容 - 1

1uF，50V 貼片 0805 電容 - 2

MBR20100CT 二極管 - 1

10K 電阻 - 1

10K 電位器 - 1

螺絲端子 - 2

47uH 耦合電感 - 1

跳線 - 1

隔板 - 1

基于 XL6009 的 SEPIC 轉(zhuǎn)換器原理圖

基于 XL6009 的 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的完整原理圖如下所示。

該電路的工作原理非常簡單。首先，我們的輸入存儲電容直接連接到 IC 的輸入 VCC 引腳。接下來，我們有我們的耦合電容器，在示例原理圖中推薦使用 47uH 4A 耦合電感器，該示例原理圖取自Xl6009 數(shù)據(jù)表的圖 6 。耦合電感可以是任意類型；它可以是一個耦合變壓器，或者在我的情況下，它是一個環(huán)形線軸，我們從舊的不工作的 ATX 電源中弄亂了它。輸出二極管是一個 MUR810 二極管，為 8A 和 100V。接下來，我們的反饋電路由一個 10K 電阻器和一個 10K 電位器組成。最后，我們有存儲輸出電壓的輸出電容器。完成焊接過程后，電路板如下圖所示。

基于 XL6009 的 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的 PCB

我們的 SEPIC 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計在單面板上。我使用 Eagle 來設(shè)計我的 PCB，但您可以使用您選擇的任何 PCB 設(shè)計軟件。Eagle 生成的 PCB 頂部和底部的 2D 圖像如下所示。

正如您在 PCB 的最左側(cè)看到的，我們有輸入電源連接器，在右下角，我們有輸出連接器。我們在耦合電感中間使用了一個電容器，因為它放置在那里非常方便，PCB 上的電容器 C3 就是我們在基本原理圖中顯示的電容器 C2。這個 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的主要驅(qū)動是 XL6009 IC，它位于 PCB 的底部。由于它是 SMD 組件，我們必須將其放在底部。我們使用了厚接地層來確保有足夠的電流流過它。完整的設(shè)計文件以及 TL494 升壓轉(zhuǎn)換器原理圖可從以下鏈接下載。

下載基于 XL6009 的 SEPIC 轉(zhuǎn)換器電路的 PCB 設(shè)計 GERBER 文件

手工PCB：

為方便起見，我準(zhǔn)備了手工制作的 PCB 版本，如下所示。我在制作這個 PCB 時犯了一些錯誤，所以我不得不使用一些銅線作為跳線來修復(fù)它。

測試基于 XL6009 的 SEPIC 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路

注意： 第一次給這個電路供電時，一定要使用恒流電源來限制電流，或者你可以使用一堆功率電阻來限制電流。如果您在焊接過程中犯了一些錯誤，XL6009 可能會燒壞。

如您所見，上述測試設(shè)置用于測試電路。ATX PC，電源用于為電路供電，這就是輸入電壓保持在 12V 的原因。您還可以看到電路當(dāng)前在升壓模式下運行，因此在這種情況下輸出保持在 43.26V 伏特，我在電路上連接了一個 2.2K 1W 電阻的最小負(fù)載，它消耗了大約 0.02A 的電流。

上圖顯示，該電路在最小負(fù)載條件下可以達(dá)到 2.5V 的最小電壓。

因為我只有兩個萬用表，所以我使用了 mecho 450B+ 萬用表來顯示輸出電壓，我使用了 MECHO 108B+ 萬用表來測量輸出電流。

在上圖中，SEPIC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓保持不變，為 43.28V，這意味著輸出電流也保持不變。但在 MECHO 108B+ 萬用表中，您可以看到電流已升至 0.223A 或 223 mA。這是因為在上圖中，MECHO 108B+ 萬用表顯示輸入電流，當(dāng)我使用 ATX 電源為電路供電時，輸入電壓保持在 12V。

現(xiàn)在，對于較低電壓范圍內(nèi)的效率，我能夠獲得約 68% 的效率，但在較高電壓范圍內(nèi)，效率下降到約 40%。這只是因為電感器質(zhì)量差。所以，電感的質(zhì)量必須非常好。EE 核心將比環(huán)形核心做得更好。

進(jìn)一步增強(qiáng)

此 SEPIC 升降壓轉(zhuǎn)換器電路僅用于演示目的，因此在電路的輸出部分未添加保護(hù)電路。

必須增加一個輸出保護(hù)電路來保護(hù)負(fù)載電路。

電感器需要浸入清漆中，否則會產(chǎn)生可聽噪聲。

具有適當(dāng)設(shè)計的優(yōu)質(zhì)PCB是強(qiáng)制性的

可以修改開關(guān)晶體管以增加負(fù)載電流。

電感的質(zhì)量必須非常好。

為了從電路中獲得最大效率，電感器應(yīng)該能夠處理 XL6009 數(shù)據(jù)表中定義的最大 4A 電流。