SEPIC电路

1电路简介

SEPIC(single endedprimary inductor converter)是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DCDC变换器。输出电压由主控开关(三极管或MOS管)的占空比控制。

这种电路最大的好处是输入输出同极性。另外一个好处是输入输出的隔离，通过主回路上的电容Cs实现。同时具备完全关断功能，当开关管关闭时，输出电压为0V。

2电路结构和工作状态分析

 

图1 SEPIC电路拓扑结构

图2 Q1断开时工作状态（状态1）

图3 Q1导通时工作状态（状态2）

图1为SEPIC电路的拓扑结构。图2为MOS管Q1断开时电路的工作的工作状态，电容Cs处于充电状态，电感L1和L2处于放电状态。图3为MOS管Q2导通时电路的工作状态，电容Cs处于放电状态，电源给L1充电，电容Cs给电感L2充电。图2和图3电路中的电流流向如图中箭头所示。

3CCM和DCM

CCM：Continuous Conduction Mode，（电感电流）连续导通模式

DCM：Discontinuous Conduction Mode，（电感电流）断续导通模式

开关电源工作于哪种工作模式，在开关电源频率不变的情况下，与开关电源的电感大小以及占空比有关系。

如果占空比比较小，电源给电感充电的时间就比较短，电感里面储存的能量比较少，很快就放电结束，电路工作在DCM模式下。

如果电路中电感的值比较小，电感中能够存储的能量比较少，放电过程也会非常快，电路工作在DCM模式下。

以L1为例，电路工作在状态2时（即图3所示状态）电感充电，此时电感产生的感生电动势为左正右负，电路工作在状态1时（即图2所示状态），电感放电，此时电感两端的电压为左负右正，给电容充电。电感放电结束时，电容Cs左端的电压一般比电源电压高，此时电感L1两端的电压为左负右正，电感出现了振荡的现象。如图4所示。

图4 DCM工作模式下电感两端的波形

         图4中1,2,3表示电路工作的三个状态，1表示电感处于充电状态，2表示电感处于放电状态，3表示电感放电完了，电路处于振荡状态。

         如果电路中电感的值、MOS管开关频率、占空比选择比较合适的时候，电路工作在CCM模式，图5表示CCM模式下电感两端电压的波形。

图5 CCM模式下电感两端的波形

         图5中1,2表示电路工作的两个状态，1表示电感处于充电状态，2表示电感处于放电状态。

4电容电感选值

1)        电容Cs

SEPIC电容Cs的选值取决于RMS电流，由下式给出：

必须考虑与输出功率有关的较大的RMS电流来额定SEPIC电容。Cs上的纹波电压峰峰值为：

         满足RMS电流条件的电容Cs上通常会产生较小的纹波电压，因此，Cs两端的电压一般会接近输入电压。

2)        电感的选值

确定电感值的一个好的规则就是，在最小输入电压时使得纹波电流峰峰值大约等于最大输入电流的40%。流入相同值电感L1和L2的纹波电流为：

电感值计算如下：

为了电感不饱和，电感的峰值电流应比这个计算结果稍微大一些。电感在SEPIC电路中作用是最大的，所以在选择电感时，除了选择电感值恰当这个条件之外，还需要考虑电感的直流电阻，要选择直流电阻小的，降低电路中的损耗。根据上面计算的电感的公司可以看到电感和频率是非常关键的因素，一般的电路中这两者需要综合考虑。电感的值不能太大，最好不要超过470uH。

3)        输出电容的选择

输出电流由输出电容提供，可在输出电容上见到较大的纹波电流。因而选择的输出电容必须能够处理最大的RMS电流。

输出电容必须满足RMS电流、ESR和电容的要求。