電感式DC/DC轉(zhuǎn)換器是SEPIC結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是輸出的穩(wěn)壓電壓既能夠高于輸入電壓,也可以低于輸入電壓。
如圖6所示,SEPIC與傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的區(qū)別在于,采用兩個(gè)外部電感(L1和L2)以及兩個(gè)外部電容(CP 和 COUT)。SEPIC電源的工作也包括兩個(gè)階段,但對(duì)其工作方式的討論不是非常廣泛,因?yàn)橄鄬?duì)更為復(fù)雜,而其應(yīng)用也是近期才流行起來(lái)。
同樣,為簡(jiǎn)化分析,我們考察一個(gè)L1 和 L2都工作在連續(xù)電流模式的固定頻率SEPIC穩(wěn)壓器。
為理解SEPIC穩(wěn)壓器的工作,我們首先從平衡狀態(tài)開(kāi)始,這時(shí)開(kāi)關(guān)都是關(guān)斷的。沒(méi)有直流電流通過(guò)CP。CP端的電壓(從左到右)是VIN,其左側(cè)通過(guò)L1連接到VIN,右側(cè)通過(guò)L2連接到地。
在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段,L1右側(cè)連接到地,VIN就是其兩端的電壓。CP左側(cè)電平轉(zhuǎn)接到地,由于CP兩端的電壓是VIN,因此CP右側(cè)的電壓是−VIN。L2的下端接地,同時(shí)與CP并聯(lián),因此其上端電壓為−VIN。二極管D1現(xiàn)在是反向偏置,因此沒(méi)有電流通過(guò)。
在此階段,L1由VIN充電, L2由CP進(jìn)行充電。由于D1是反向偏置的,兩個(gè)電感都不對(duì)COUT進(jìn)行充電或?yàn)樨?fù)載供電。負(fù)載電流由COUT提供。因此,兩個(gè)電感的電流都以線(xiàn)性方式上升,在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段的開(kāi)始初始值為iL1和iL2, 在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段結(jié)束時(shí)的最終值分別為iH1和iH2 (參考圖6)。
電感兩端電壓與通過(guò)電感的電流之間的關(guān)系為:
V=L(di/dt) 方程(3)
從公式3推導(dǎo)出,在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段電感L1和L2的電壓-電流關(guān)系如下:
iH1-iL1=(VIN-0)tON/L1=VINtON/L1 方程(4a)
iH2-iL2=(0-(-VIN))tON/L2=VINtON/L2 方程(4b)
在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段,由于通過(guò)L1的電流不能瞬時(shí)變化,因此同樣的電流流出L1的右側(cè),迫使L1右側(cè)電平從地上升到高于VIN。這同時(shí)將CP左側(cè)的電平移至高于VIN,從而導(dǎo)致電流從其右側(cè)流出,使D1處于正向偏置。這樣CP右側(cè)的電壓,即L2上端的電壓,也等于VOUT(忽略二極管的小壓降)。此外,我們已經(jīng)確定 CP 兩端(從左到右)的電壓為VIN,因此 CP 和 L1 之間結(jié)點(diǎn)的電壓現(xiàn)在為VIN+VOUT。
來(lái)自L(fǎng)1和L2電感的電流現(xiàn)在開(kāi)始對(duì) COUT 充電并為負(fù)載提供電流。因此,兩個(gè)電感的電流都以線(xiàn)性方式下降,在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)階段的開(kāi)始初始值為 iH1和iH2, 在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)階段結(jié)束時(shí)的最終值分別為iL1和iL2(參考圖6)。
在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)階段,L1和L2電感上的電壓-電流關(guān)系為:
iL1-iH1=(VIN-(VIN+VOUT))(T-tON)/L1=-VOUT(T-tON)/L1 方程(5a)
iL2-iH2=(0-VOUT)(T-tON)/L2=-VOUT(T-tON)/L2 方程(5b)
從方程4a和5a,或方程4b和5b, 可以導(dǎo)出VOUT:
VOUT=VINtON/(T-tON) 方程(6a)
方程6a還可以表示為:
VOUT=VIND/(1-D) 方程(6b)
其中D為占空比,等于tON/T。
從方程6a 和 6b,我們可以看出,SEPIC穩(wěn)壓器的輸出電壓既可以高于輸入電壓,也可以低于輸入電壓,因?yàn)镈/(1 -D)的值既可大于1,也可小于1。