升壓型穩(wěn)壓器造就了兼具升壓和降壓能力的扁平狀SEPIC

汽車、分布式電源和電池供電型應(yīng)用的工作電壓常常取自一個(gè)寬的可變總線電壓。工作電壓經(jīng)常位于總線電壓范圍中間的某個(gè)數(shù)值上，例如汽車工作電壓為12V，總線電壓為4V至18V。這些應(yīng)用需要采用一個(gè)能夠根據(jù)總線電壓進(jìn)行升壓或降壓操作的DC/DC轉(zhuǎn)換器?；貟吆蚐EPIC設(shè)計(jì)是應(yīng)對(duì)該問(wèn)題的常用單開(kāi)關(guān)解決方案，但這兩種解決方案一般都需要采用一個(gè)變壓器，對(duì)于那些空間非常寶貴的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這會(huì)帶來(lái)電路板布局和高度方面的難題。

變壓器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)替代方案是采用兩個(gè)扁平的電感器和一個(gè)SEPIC耦合電容器，后者用來(lái)在兩個(gè)電感器之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，其作用原理與變壓器的磁芯非常相似。耦合電容器為電感器電流提供了一條低阻抗的通路，既可以從輸入(初級(jí))電感器經(jīng)續(xù)流二極管至輸出端，也可以從輸出(次級(jí))電感器經(jīng)開(kāi)關(guān)回流至地。這兩個(gè)電感器均連續(xù)而獨(dú)立地工作，因此，相比針對(duì)一個(gè)回掃或典型SEPIC電路所進(jìn)行的變壓器選擇，它們的選擇更加容易。沒(méi)有限制這兩個(gè)電感器必需具有相同的電感值，可根據(jù)峰值電流和可允許的波紋單獨(dú)選擇。

3V至20V輸入、5V輸出、最大高度為3mm的SEPIC

圖1示出了一個(gè)采用LT?1961的3V至20V輸入、5V輸出、最大高度為3mm的SEPIC，LT1961是一款125MHz、電流模式、1.5A峰值開(kāi)關(guān)電流的單片升壓型轉(zhuǎn)換器。該電路的輸出電流性能隨輸入電壓的變化而改變(見(jiàn)圖3)。當(dāng)輸入電壓為3V時(shí)，該轉(zhuǎn)換器能夠提供高達(dá)410mA的負(fù)載電流；而當(dāng)輸入電壓為20V時(shí)，負(fù)載電流將高達(dá)830mA。這里所采用的纖巧型耦合電容器有足夠大的數(shù)值，能對(duì)電路的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間處理RMS波紋電流的轉(zhuǎn)移，并保持一個(gè)與輸入電壓相等的電荷量，以提供良好的穩(wěn)壓和最大輸出功率。LT1961所采用的電流模式控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及10uF的小陶瓷輸出電容器可在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供優(yōu)越的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖1 : LT1961于一個(gè)3V至20V輸入、5V輸出和全采用陶瓷電容器的SEPIC(最大高度為3mm)應(yīng)用

圖3 : L1和L2中的峰值電感器電流之和為1.5A，即峰值開(kāi)關(guān)電流。最大輸出電流為峰值開(kāi)關(guān)電流條件下在L2的平均電流。

4V至18V輸入、12V輸出、最大高度為3mm的SEPIC

12V總線電壓常常取自具有寬輸入電壓范圍的電源。例如對(duì)于冷起動(dòng)情況的汽車解決方案就可以具有高至18V和低至4V的穩(wěn)態(tài)工作電壓。圖4示出了一種簡(jiǎn)單、低成本且外形扁平(s3mm)的解決方案，它避免了由于需要同時(shí)采用一個(gè)升壓和降壓型轉(zhuǎn)換器所導(dǎo)致的高成本，并在冷起動(dòng)狀態(tài)下維持12V的系統(tǒng)電源。

圖4 : LT1961于一個(gè)4V至18V輸入、12V輸出和全采用陶瓷電容器的SEPIC(最大高度為3mm)應(yīng)用

續(xù)流二極管具有一個(gè)40V的額定反向擊穿電壓，以處理在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間感應(yīng)于其上的電壓，該感應(yīng)電壓值等于輸入電壓與輸出電壓之和。LT1961的最大額定開(kāi)關(guān)電壓為35V因而允許輸入電壓高達(dá)18V。當(dāng)一個(gè)DC電荷與輸入電壓相等，耦合電容器將開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓提升至一個(gè)等于輸入電壓與輸出電壓之和的電平。任何開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的微小電壓尖峰要求在最大額定開(kāi)關(guān)電壓與輸入及輸出電壓之和之間留有幾伏的空間。通過(guò)把高△I/△t的不連續(xù)電流通路(在圖1和圖4中用粗線來(lái)表示)保持得盡可能簡(jiǎn)短，可最大限度地減小開(kāi)關(guān)尖峰。這兩個(gè)電源電感器的布置并不是至關(guān)緊要的，從而使得受限于空間的電源布局設(shè)計(jì)變得更加容易。

如圖5所示，效率一般高于75%，最高可達(dá)80%。該指標(biāo)優(yōu)于12V SEPIC的平均水平，而與一個(gè)價(jià)格和大小相近且輸入電壓被限定在14V以上的12V降壓型轉(zhuǎn)換器解決方案相比也低不了多少。如圖6所示，最大負(fù)載電流隨輸入電壓的升高而增大。在12V的輸入電壓條件下，負(fù)載電流可能會(huì)達(dá)到500mA；而當(dāng)輸入電壓為18V時(shí)，負(fù)載電流可高達(dá)600mA。LT1961的最大開(kāi)關(guān)電流為1.5A，即L1和L2中的峰值電流之和。輸出電壓的升高將使輸入電感器中的電流變大。

圖6 : 圖4所示電路的峰值電感器電流和最大負(fù)載電流

結(jié)論

LT1961適合于專門針對(duì)具有寬輸入電壓范圍應(yīng)用的SEPIC解決方案。這些解決方案尺寸小、簡(jiǎn)單且外形扁平。由于全部采用了陶瓷電容器和纖巧型元件，因此有助于將電源成本保持在一個(gè)最低的水平上。本文所述的兩電感器型SEPIC免除了采用外形較高的變壓器需要，并提供了布局上的靈活性，以滿足嚴(yán)格的設(shè)計(jì)約束條件要求。

審核編輯：郭婷