Other Parts Discussed in Post: LM5122, PMP10886

作者：John Betten

單端初級電感轉換器（SEPIC）在降低或升高輸入電壓以維持穩定的輸出電壓方面功不可沒。這在汽車應用或可能提供多個輸入源的系統中非常有用，但您不一定要更改轉換器類型。SEPIC具有許多優勢（如極小的有源部件），并且只需要一個低成本的升壓型或反激式控制器。但像所有的拓撲結構一樣，它在某些性能方面也可能收效不佳。其中的一個不足之處就是二極管整流導致的受限最大輸出電流。讓我們來看看如何同步輸出才能對此有幫助。

圖1展示了一個基本的SEPIC電路，圖2則詳細說明了對應的關鍵電壓和電流波形。當Q2打開時，它導通的電流量是流經L1每個繞組的電流總和。這個總和等于輸入電流加上輸出電流，且在滿載且輸入電壓最小時達到其最大值。當Q2關閉時，這兩種電流通過D1改道至輸出電容器和負載。當Q2關閉后電流只能在D1內流動，因為當Q2打開時D1是反向偏置的。

圖1：耦合電感器SEPIC轉換器擁有兩條電流路徑

圖2：連續導通模式（CCM）SEPIC的關鍵波形

在D1中流動的電流的大小為Iout/（1-D），如圖2所示。傳導電流可顯著大于Iout，因為輸入電壓遠低于Vout（這種情況下占空比變大）。很容易就能看出，當以50％的占空比運行時（這種情況下輸入和輸出電壓相等），D1中的電流是輸出電流的兩倍。D1中的平均電流為Iout，但是為計算D1中的功耗，當Iout/（1-D）較高時有必要使用二極管的正向電壓降。這樣就能用公式(1) 計算最大的二極管耗散：

（1）

PD1 = [Iout * Vd1]，其中Vd1是 時的二極管正向電壓降。

用Iout/(1-D)計算功耗可能需要使用額定電流比預期更高的二極管以及熱增強型封裝。

圖3用LM5122同步升壓型控制器實現了同步SEPIC轉換器。它允許使用一個N通道的金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）（Q1）來替換二極管D1，從而能降低損耗或在損耗相同的情況下允許更多的輸出電流。

圖3：用同步升壓型控制器和浮動柵極驅動器實現的同步SEPIC轉換器可提高效率

SEPIC擁有兩個開關節點（TP2、TP3），而不是單個升壓的開關節點。SEPIC同步場效應晶體管（FET）（Q1）的柵極不能直接連接到升壓型控制器的高側驅動器，因為它的源極（TP3）與它的SW引腳（TP2）不在同一電位。為了驅動它，筆者添加了一個由R3/D2/C15構成的浮動電平移位器電路。C15具有跨越其兩端的VIN的電壓降，這與“快速”電容器C1的電壓相同，從而能提供跨Q1柵極至源極的正確電壓擺幅。R3/D2可恢復正確的柵極驅動器偏移量（低 = - 0.5V，高 = 7V）。

概括地說，由于熱限制的原因，SEPIC轉換器的整流器損耗可對所需的最大輸出電流強加一個實際的限制。隨著該轉換器的輸入電壓下降，二極管的導通電流會增加，從而增加損耗，提高溫度并影響效率。通過用同步FET代替二極管，就能減少這些損耗。在圖3所示的范例電路中，在損耗相同的情況下，其輸出電流比傳統SEPIC增加了1A多。同步整流可獲得超過95％的效率。

如欲進一步了解這個話題，敬請閱讀這篇電源小貼士文章：《提高SEPIC性能的三大途徑》

其它資源

TI設計參考PMP10886 REVA，“電流為5A時電壓為12V的同步SEPIC轉換器參考設計。”
查看TI“電源之家”的電源小貼士博客系列。