中心議題：

• 探究耦合電感SEPIC轉換器的優勢
• 兩種電路的測量效率
• 原型 SEPIC 電氣規範

解決方案：

• 使用64W 輸出功率車載輸入電壓範圍
• 使用耦合電感的 SEPIC

• 利用一個耦合電感或者兩個非耦合電感

端初級電感轉換器 (SEPIC) 能夠通過一個大於或者小於調節輸出電壓的輸入電壓工作。除能夠起到一個降壓及升壓轉換器的作用以外
，SEPIC 還具有最少的有源組件、一個簡易控製器和鉗位開關波形，從而提供低噪聲運行。看是否使用兩個磁繞組

，是我們識別 SEPIC 的de一yi般ban方fang法fa。這zhe些xie繞rao組zu可ke繞rao於yu共gong用yong鐵tie芯xin上shang
，其qi與yu耦ou合he雙shuang繞rao組zu電dian感gan的de情qing況kuang一yi樣yang，或huo者zhe它ta們men也ye可ke以yi是shi兩liang個ge非fei耦ou合he電dian感gan的de單dan獨du繞rao組zu。設she計ji人ren員yuan通tong常chang不bu確que定ding哪na一yi種zhong方fang法fa最zui佳jia，以yi及ji兩liang種zhong方fang法fa之zhi間jian是shi否fou存cun在zai實shi際ji差cha異yi。本ben文wen對dui每mei種zhong方fang法fa進jin行xing研yan究jiu，並bing討tao論lun每mei種zhong方fang法fa對dui實shi際ji SEPIC 設計產生的影響。

電路運行

圖 1 顯示了耦合電感的基本 SEPIC。當FET (Q1) 開啟時，輸入電壓施加於初級繞組。由於繞組比為 1：1，因此次級繞組也被施加了一個與輸入電壓相等的電壓；但是
，由於繞組的極性，整流器 (D1) 的陽極被拉負
，並被反向偏置。整流器偏頗關閉，要求輸出電容在這種“導通”時間期間支持負載
，從而強迫 AC電容 (CAC) 充電至輸入電壓。Q1 開啟時，兩個繞組的電流為 Q1 到接地，而次級電流流經 AC 電容。“導通”時間期間總 FET 電流為輸入電流和輸出次級電流的和。

FET 關guan閉bi時shi
，繞rao組zu的de電dian壓ya反fan向xiang極ji性xing，以yi維wei持chi電dian流liu。整zheng流liu器qi導dao電dian向xiang輸shu出chu端duan提ti供gong電dian流liu時shi，次ci級ji繞rao組zu電dian壓ya現xian在zai被bei鉗qian位wei至zhi輸shu出chu電dian壓ya。通tong過guo變bian壓ya器qi作zuo用yong，它ta對dui初chu級ji繞rao組zu的de輸shu出chu電dian壓ya進jin行xing鉗qian位wei。FET 的漏極電壓被鉗位至輸入電壓加輸出電壓。FET“關閉”時間期間，兩個繞組的電流流經 D1 至輸出端，而初級電流則流經 AC 電容。

伏-微秒平衡

耦合電感由兩個非耦合電感代替時，電路運行情況類似。要讓電路正確運行

，必須在每個磁芯之間維持伏-微秒平衡。也就是說，對於兩個非耦合電感而言，在FET“導通”和“關閉”時間期間
，每個電感電壓和時間的積必須大小相等，而極性相反。通過代數方法表明
，非耦合電感的 AC 電容電壓也被充電至輸入電壓。在 FET“關閉”時間期間
，輸出端電感被鉗位至輸出電壓
，其與耦合電感的次級繞組一樣。在 FET“導通”時間期間，AC 電容在電感施加一個與輸入電壓相等但極性相反的電勢。每間隔時間
，對電感定義電壓進行鉗位，這樣伏-微秒平衡便決定了占空比 (D) 的大小。其在連續導通模式 (CCM) 運行時

，可簡單表示為：  
FET 導通時，施加於輸入端電感的電壓等於輸入電壓。FET關閉時，伏-微秒平衡通過鉗位其 VOUT 來維持。記住
，FET 導通時
，輸入電壓施加於兩個電感；FET 關閉時，輸出電壓施加於兩個電感。兩個非耦合電感 SEPIC 的電壓和電流波形，與耦合電感版本的情況非常類似
，以至於很難分辨它們。

兩個還是一個？

如果 SEPIC 類型之間確實存在少許的電路運行差異的話，那麼我們應該使用哪一種呢？我們通常選擇使用耦合電感，是因其更少的組件數目、gengjiadejichengduyijixiangduiyushiyonglianggedandianganeryangengdidedianganyaoqiu。raner，gaogonglvxianhuoouhedianganyouxiandexuanzefanwei
，chengweibaizaiguangdadianyuanshejirenyuanmianqiandeyigenanti。ruguotamenxuanzeshejiqizijidediangan，zebixuguidingsuoyouxiangguandiancanshu，bingqiebixumianduigengchangdejiaohuoshijianwenti。ouhediangan SEPIC 可受益於漏電感，其可降低 AC 電流損耗。耦合電感必須具有 1：1 的匝數比
，以實施伏-微(wei)秒(miao)平(ping)衡(heng)。選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)單(dan)獨(du)的(de)非(fei)耦(ou)合(he)電(dian)感(gan)，一(yi)般(ban)可(ke)以(yi)更(geng)廣(guang)泛(fan)地(di)選(xuan)擇(ze)許(xu)多(duo)現(xian)貨(huo)組(zu)件(jian)。由(you)於(yu)並(bing)不(bu)要(yao)求(qiu)每(mei)個(ge)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)感(gan)完(wan)全(quan)相(xiang)等(deng)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)組(zu)件(jian)尺(chi)寸(cun)，從(cong)而(er)帶(dai)來(lai)更(geng)大(da)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。

方程式 1 到 3 表明了耦合電感和非耦合電感的電感計算過程。
方程式計算得到最大輸入電壓和最小負載時 CCM 運行所需的最小電感。50% 占空比運行（VIN 等於 VOUT 時出現）和統一效率條件下，比較這些方程式可知
，方程式 1 zhongouhediangandejisuanzhishifeiouhedianganjisuanzhideliangbei。youyuzhuanhuanqikendinghuiyousunhao
，erdaduoshushurudianyayuanjunyouhendabutong，yincizhezhongjianhualededianganfanhuayibanweicuowude；但它通常足以應付除極端情況以外的所有情況。它一般意味著
，轉換器會比預期稍快一點進入非連續導通模式 (DCM) 運yun行xing，其qi在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia仍reng然ran可ke以yi接jie受shou。如ru前qian所suo述shu，使shi用yong非fei耦ou合he電dian感gan時shi，正zheng如ru我wo們men通tong常chang假jia設she的de那na樣yang

，無wu需xu輸shu出chu端duan電dian感gan的de值zhi與yu輸shu入ru端duan電dian感gan一yi樣yang
；但是為了簡單起見肯定會這樣做。利用 VOUT/VIN 調節輸入端電感，便可確定輸出端電感值。使用更小值輸出端電感的好處是，它一般尺寸更小而且成本更低。
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實例設計

“表 1”所示規範為設計比較的基礎。第一個設計使用一個耦合電感，而第二個則使用兩個非耦合電感。
使用一個耦合電感的設計是典型的 64W 輸出功率車載輸入電壓範圍。方程式1表明
，耦合電感要求 12 µH 的電感，以及 13 A 的組合電流額定值（基於 IIN + IOUT）。這種設計特別具有挑戰性
，因為現貨電感選擇範圍有限。因此
，我們指定並設計了 Renco 自定義電感。該電感纏繞在一個分離式線軸上以產生漏電感，旨在最小化能夠引起損耗的循環 AC 電流。產生這些損耗的因為，施加在漏電感的 AC 電容紋波電壓。若想實施低功耗設計

，Coilcraft（MSS1278 係列）和Coiltronics（DRQ74/127 係列）的耦合電感均是較好的現貨產品。

就非耦合電感設計而言
，33-µH Coilcraft SER2918用於L1，而22-µH Coiltronics HC9 則用於 L2。它們的選擇均基於繞組電阻、額定電流和尺寸。選擇電感時
，設計人員必須注意還要考慮鐵芯和 AC 繞組損耗。這些損耗可降低電感的有效DC電流，但並非所有廠商都提供計算所需的全部信息。錯誤的計算結果

，會大大增加鐵芯溫度，使其超出典型的 40°C 溫升。它還會降低效率，並且加速過早失效現象的出現。
圖 2 顯示了使用一個耦合電感的原型 SEPIC的示意圖。若想在設計中實施非耦合電感

，隻需在相同 PWB 上用兩個電感替換耦合電感便可。圖 3 顯示了兩種原型電路。圖 3b 中
，L1 占用了耦合電感的空間，而 L2 則位於右上角。
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正zheng如ru預yu計ji的de那na樣yang
，兩liang個ge電dian路lu以yi一yi種zhong近jin乎hu完wan全quan一yi樣yang的de方fang式shi工gong作zuo
，且qie開kai關guan電dian壓ya和he電dian流liu波bo形xing實shi質zhi相xiang同tong。但dan在zai性xing能neng方fang麵mian存cun在zai一yi些xie重zhong要yao的de差cha異yi。耦ou合he電dian感gan設she計ji的de控kong製zhi環huan路lu相xiang當dang良liang性xing
，而er非fei耦ou合he電dian感gan設she計ji則ze在zai最zui初chu時shi候hou出chu現xian不bu穩wen定ding。環huan路lu增zeng益yi測ce量liang表biao明ming，高gao Q、低頻諧振是罪魁禍首，其要求添加一個 R/C 阻尼濾波器與 AC 電容並聯。極大簡化時
，諧振頻率似乎約為：

SEPIC 電路具有非常複雜的控製環路特性，同時由於分析結果的解釋一般較為困難，因此必需使用一些數學工具來進行具體分析。添加這種 R/C 阻尼濾波器（220 µF/2Ω）會增加成本、電路麵積和損耗。相比一個單耦合電感
，使用兩個非耦合電感會使麵積增加 10%。

圖 4 顯示了兩種電路的測量效率。我們可以看到
，耦合電感設計的效率增加多達 0.5%。這可能是由於耦合電感設計的總鐵芯損耗更低，因為其 DC 接線損耗實際高於使用非耦合電感的設計。L2 使用一種粉狀鐵芯材料，其往往具有比L1 和自定義 Renco 耦合電感所用鐵氧體材料更高的損耗。盡管使用了 L2 的鐵氧體材料，但其會導致更大的麵積。

結論

利用一個耦合電感或者兩個非耦合電感，均能成功實施SEPIC。更高的效率
、gengxiaodedianlumianjiyijigengliangxingdekongzhihuanlutexing，zhexiedoushishiyongzhengquechanraodezidingyiouhedianganshiyuanxingyingjiansuodailaidehaochu。zidingyizujianmeiyouxianhuoqijiannamelixiang，erxuduoouhediangansuichukeyigoumaidao
，qiechicungengxiao。ruguochanpinshangshichangshijianzhiguanzhongyao
，zefeiouhediangankeweishejirenyuandailaigengdadelinghuoxing。