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當(dāng)前位置:首頁(yè) > 公眾號(hào)精選 > EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)

相信每一位電源工程師對(duì)非隔離DC/DC拓?fù)銪UCK/BOOST/BUCK-BOOST都了如指掌,因?yàn)檫@三類拓?fù)淇梢詰?yīng)付90%以上的應(yīng)用場(chǎng)合。但是有時(shí)候世界就是這么殘酷,總有一些應(yīng)用,讓你手足無措,這個(gè)時(shí)候,如果你還不懂賽皮克,那你就OUT啦。

賽皮克,英文名叫SEPIC,是一種能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓的非隔離DC/DC拓?fù)?,尤其適合電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。

如圖1所示,車載鉛酸蓄電池電壓13.8V,9-16V均為其正常工作電壓范圍,在汽車啟動(dòng)的時(shí)候,電池電壓甚至?xí)查g跌落至4.5V,此時(shí)如果掛在車載電池上的用電設(shè)備仍需要保持正常工作,則不得不采用升降壓DC/DC的方案。

圖1:升降壓的應(yīng)用場(chǎng)合單開關(guān)Buck-Boost是升降壓拓?fù)?,但是Buck-Boost輸出反極性,產(chǎn)生的是負(fù)壓輸出,這種負(fù)壓輸出應(yīng)用到LED驅(qū)動(dòng)是很好的方案,卻不能應(yīng)用到給普通設(shè)備供電;四開關(guān)Buck-Boost也是升降壓拓?fù)洌材茏龅秸龢O性輸出,但就像利物浦主教練克洛普說過“好的球員除了貴,沒有任何缺點(diǎn)”,四開關(guān)Buck-Boost集成四顆MOS管,對(duì)于中小功率場(chǎng)合,成本就不太劃算了。于是SEPIC就有了存在的價(jià)值。下面簡(jiǎn)單為各位認(rèn)真的朋友簡(jiǎn)單科普SEPIC電路的一些故事。

01“賽皮克”的工作原理

SEPIC電路的形式如圖2所示,拓?fù)浞浅:糜?,Boost電路中間插入一個(gè)LC環(huán)節(jié)就構(gòu)成了SEPIC電路。SEPIC電路通常取電感L1和L2相等。

我們都知道,電感在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)不儲(chǔ)存能量,所以一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感上的平均電壓等于零,所以容易推出SEPIC電路中間的耦合電容Cac的電壓Vac=Vin

圖2:Sepic電路的拓?fù)湫问?/span>

如圖3所示,當(dāng)MOS管導(dǎo)通的時(shí)段Ton內(nèi),輸入電壓給L1充電,耦合電容Cac放電給L2充電,輸出電容Co續(xù)流給負(fù)載提供能量。由于Vac=Vin,所以電感L1和L2的電流變化率相同。

圖3:MOS管導(dǎo)通時(shí)Sepic工作原理

如圖4所示,當(dāng)MOS管關(guān)斷的時(shí)段Toff內(nèi),電源通過L1、Cac、D給負(fù)載放電,同時(shí)L2也通過D給負(fù)載放電。不考慮D的管壓降,L1兩端的電壓和L2兩端電壓都等于Vo,所以電感L1和L2的放電電流變化率也相等。

圖4:MOS管關(guān)斷時(shí)Sepic工作原理

關(guān)于SEPIC的工作過程,這么理解就比較清晰了:MOS導(dǎo)通的時(shí)候,電源給L1充電,耦合電容給L2充電,Co給負(fù)載放電,MOS關(guān)斷的時(shí)候,L1充好的能量釋放給耦合電容,L2從耦合電容得到的能量再釋放給Co,能量就這樣一級(jí)一級(jí)的向后傳遞。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓的功能,我們根據(jù)電感的伏秒平衡法則就可以知道啦。電感L1在Ton時(shí)段內(nèi)電壓為Vin,在Toff時(shí)段內(nèi)電壓為Vout,所以Vin*Ton=Vo*Toff換算一下,我們就可以得到SEPIC電路的變比:Vo/Vin = D/(1-D)D>0.5的時(shí)候是升壓,D<0.5的時(shí)候是降壓。02設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

介紹完賽皮克的基本工作原理,我們來看看它的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

1.電感選型時(shí)保證低壓側(cè)流過最大負(fù)載電流時(shí),電感電流的峰值不要超過飽和電流;

上面提到,電感L1和L2在MOS管開通和關(guān)斷的過程中,其電流變化率是相同的,但是電感電流IL1IL2的平均值卻不相同。我們知道耦合電容一個(gè)周期內(nèi)同樣也不儲(chǔ)存能量,所以流過耦合電容的電流的平均值也等于零,于是可以得到電感L1的電流平均值等于輸入電流的平均值,電感L2的電流平均值等于輸出電流的平均值。由于SEPIC電路中的兩個(gè)電感通常選擇參數(shù)完全一致的電感,所以我們?cè)陔姼羞x型設(shè)計(jì)時(shí),需要保證低電壓側(cè)流過最大電流時(shí),其電感電流不超過電感標(biāo)稱的飽和電流參數(shù)。

2.保證MOS流過的電流不超過IC內(nèi)部的Current Limit

根據(jù)圖3,我們知道MOS管導(dǎo)通的時(shí)候,流過MOS的電流等于L1和L2的電流之和,當(dāng)MOS關(guān)斷的時(shí)候,流過Diode的電流也等于L1+L2的電流之和。所以MOS的通流能力需要大于輸入+輸出電流的平均值+半個(gè)峰峰值并留有一定的裕量。否則正常工作的時(shí)候,會(huì)導(dǎo)致流過MOS電流觸碰到Current Limit點(diǎn),從而觸發(fā)過流保護(hù)。

3.保證MOS的耐壓至少高于Vin+Vout

根據(jù)圖4,我們知道MOS管導(dǎo)通的時(shí)候,SW點(diǎn)的電壓等于0,MOS管關(guān)斷的時(shí)候,SW點(diǎn)的電壓等于Vin+Vout,所以MOS管的耐壓需要至少高于Vin+Vout,這一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需要多加注意。

講到這里,賽皮克就基本為大家講完了,這個(gè)時(shí)候,認(rèn)真的朋友可能會(huì)拋出茲爾塔ZETA的問題,于是熱心的小編也順帶給大家提一句。

03茲爾塔ZETA
茲爾塔和賽皮克是兄弟伙,賽皮克是基于Boost這類低邊MOS衍生而來的升降壓電路,茲爾塔則是基于Buck這類高邊MOS衍生而來的升降壓電路,電路形式如下圖5所示。和賽皮克相比,幾乎所有的分析都是互易的,認(rèn)真的朋友可以自行分析。由于高邊MOS的成本高于低邊MOS,而且傲嬌的MPS同學(xué)幾乎把自己家的BUCK都做成了同步的,所以熱心的小編不推薦!

圖5:Zeta (茲爾塔)電路的拓?fù)湫问?/span>



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