如何同步单端初级电感转换器？

作者：John Betten

单端初级电感转换器（SEPIC）在降低或升高输入电压以维持稳定的输出电压方面功不可没。这在汽车应用或可能提供多个输入源的系统中非常有用，但您不一定要更改转换器类型。SEPIC具有许多优势（如极小的有源部件），并且只需要一个低成本的升压型或反激式控制器。但像所有的拓扑结构一样，它在某些性能方面也可能收效不佳。其中的一个不足之处就是二极管整流导致的受限最大输出电流。让我们来看看如何同步输出才能对此有帮助。

图1展示了一个基本的SEPIC电路，图2则详细说明了对应的关键电压和电流波形。当Q2打开时，它导通的电流量是流经L1每个绕组的电流总和。这个总和等于输入电流加上输出电流，且在满载且输入电压最小时达到其最大值。当Q2关闭时，这两种电流通过D1改道至输出电容器和负载。当Q2关闭后电流只能在D1内流动，因为当Q2打开时D1是反向偏置的。

图1：耦合电感器SEPIC转换器拥有两条电流路径

图2：连续导通模式（CCM）SEPIC的关键波形

在D1中流动的电流的大小为Iout/（1-D），如图2所示。传导电流可显著大于Iout，因为输入电压远低于Vout（这种情况下占空比变大）。很容易就能看出，当以50％的占空比运行时（这种情况下输入和输出电压相等），D1中的电流是输出电流的两倍。D1中的平均电流为Iout，但是为计算D1中的功耗，当Iout/（1-D）较高时有必要使用二极管的正向电压降。这样就能用公式(1) 计算最大的二极管耗散：

（1）

PD1 = [Iout * Vd1]，其中Vd1是 时的二极管正向电压降。

用Iout/(1-D)计算功耗可能需要使用额定电流比预期更高的二极管以及热增强型封装。

图3用LM5122同步升压型控制器实现了同步SEPIC转换器。它允许使用一个N通道的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）（Q1）来替换二极管D1，从而能降低损耗或在损耗相同的情况下允许更多的输出电流。

图3：用同步升压型控制器和浮动栅极驱动器实现的同步SEPIC转换器可提高效率

SEPIC拥有两个开关节点（TP2、TP3），而不是单个升压的开关节点。SEPIC同步场效应晶体管（FET）（Q1）的栅极不能直接连接到升压型控制器的高侧驱动器，因为它的源极（TP3）与它的SW引脚（TP2）不在同一电位。为了驱动它，笔者添加了一个由R3/D2/C15构成的浮动电平移位器电路。C15具有跨越其两端的VIN的电压降，这与“快速”电容器C1的电压相同，从而能提供跨Q1栅极至源极的正确电压摆幅。R3/D2可恢复正确的栅极驱动器偏移量（低 = - 0.5V，高 = 7V）。

概括地说，由于热限制的原因，SEPIC转换器的整流器损耗可对所需的最大输出电流强加一个实际的限制。随着该转换器的输入电压下降，二极管的导通电流会增加，从而增加损耗，提高温度并影响效率。通过用同步FET代替二极管，就能减少这些损耗。在图3所示的范例电路中，在损耗相同的情况下，其输出电流比传统SEPIC增加了1A多。同步整流可获得超过95％的效率。

如欲进一步了解这个话题，敬请阅读这篇电源小贴士文章：《提高SEPIC性能的三大途径》

其它资源

TI设计参考PMP10886 REVA，“电流为5A时电压为12V的同步SEPIC转换器参考设计。”
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