Engineer It 系列：设计SEPIC的介绍和指南

大家好！ 我叫 Xiang。 是德州仪器 (TI) 的一名应用工程师。 今天，我将为您介绍 SEPIC 变换器和使用LM3481 控制器来设计 SEPIC 变换器的设计指南。 那么什么是 SEPIC 控制器？ 它代表的是单端初级电感转换器。 这是一个可以将输出电压调节为 高于或低于输入电压， 使之适合汽车应用 及宽输入电压范围的其他应用的变换器拓扑。 到目前为止，这个拓扑有两个电感器和一个电容器 组件，分别作为能量交换和存储 部件. 不过，此拓扑中的两个电感器 可替换为一个耦合电感器。 使用一个耦合电感器， 您可以减小解决方案尺寸和组件数量。 此外，您还可以降低电感值要求， 并减小电路中的振荡。 所以，对于这个 SEPIC，我们将使用 TI 的 LM3481 控制器 作为例子。 LM3481 控制器是一款非常高效 且灵活的控制器。 它不仅可以用作SEPIC 控制器， 还可以用作Boost控制器和反激控制器。 它具有宽输入电压范围、满足汽车等级要求， 并且 WEBENCH完全支持。 在该 TI SEPIC变换器示例中， 我们将采用以下规格： 输入电压4.5 伏到 20 伏。 输出电压12 伏，输出电流1安培， 开关频率500 kHz。 所以让我们先进入 WEBENCH 界面开始设计。 WEBENCH是开始 SEPIC 设计的 强大而且实用的工具。 您可以生成原理图，让您在 建议的元件中进行选择， 您还可以进行仿真。 并且让您在不同的元件中进行验证对您来说 非常有用。 接下来，我们来浏览一下原理图的 LTM 文件。 这是 LTM 的原理图。 您可以看到，对于主功率器件， 我们选择了 10 微亨耦合电感器。 对于耦合电容器，选择了 4.7 微法的陶瓷电容器。 另外，我们选择了具有足够高的额定电压和 额定电流的开关管，二极管。 3481 周围的控制电路可 根据 WEBENCH的建议进行选择。 有一点要知道的是，我在UVLO引脚上放了 齐纳钳位二极管来在输入电压 过高的情况提供保护。 还是在此原理图中，有一个可选的输入滤波器 部分，目的是为了抑制SEPIC 转换器的 EMI 噪声。 滤波器部分包含LC 差模 滤波器和共模扼流圈。 让我们来看一下布局。 对于这个 SEPIC 布局，主要功率器件 和主要电源路径包含耦合电感、 二极管、耦合电容和 开关管。 在控制器电路中，它们与 LM3481 控制器 分开放置。 在放置方面，关键电流路径 是由二极管、开关管和耦合电容器 形成的环路。 您可以看到，我将它们放置成一个非常紧凑的环路。 EMI 滤波器部分则 位于板背面。 接下来，我们来看看实际的参考电路板。 这是电路板。 您可以看到，我使用的是紧凑解决方案尺寸，大概 24*30 毫米。 这里是输入端。 这是耦合电感。 这是耦合电容。 这是二极管。 这是开关管。 这里是输出端。 左侧这里是 LM3481 IC。 周围则是控制电路。 所以，如果我们要包含可选的 EMI 滤波器，左边这里应该是 EMI 滤波器的 输入端。 我们再来看看参考电路板。 这是 EMI滤波器部分。 这里是差模LC 滤波器， 共模扼流圈在这儿。 我们来看看这一参考 设计的性能. 这一页显示了电源的效率。 您可以看到，它可以在宽范围内工作。 我们测试了从 4.5伏到 20 伏， 达到了 92% 的峰值效率。 在下一页上，显示了使用板上 EMI 滤波器后的传导EMI 扫描结果。 我们测试了 EMI 噪声。 我们根据CISPR 25 标准， 即汽车 EMI 标准执行 EMI 扫描。 左侧是从150kHz到 30 MHz的频率扫描结果。 右侧是从30 MHz 到 108 MHz 频率范围内的结果 黄线是EMI 峰值噪声。 蓝线是平均值 屏幕上有一些红线， 代表 CISPR25 类的限值。 您可以看到，我们的 EMI 扫描结果 低于要求的限制线。 所以使用 EMI滤波器的这一设计 符合 CISPR25 传导 EMI 标准。 今天，我为您介绍了 SEPIC 变换器，以及如何使用LM3481 控制器设计此变换器。 您可以看到，我们可以使用 SEPIC 拓扑 实现紧凑尺寸和高效率。 有关详细信息，您可以访问此屏幕上的链接。