如何构建和测试基于XL6009构建的Sepic转换器

在 DC-DC 转换器领域，单端初级电感转换器或SEPIC 转换器是一种使用升压型控制拓扑来提高或降低输入电压的转换器。读完这篇文章后，您首先想到的问题是，它是否像美化的经典降压-升压转换器？答案是肯定的和否定的。经典的降压-升压转换器 由两个电感器和两个开关组成，这会增加成本，因此为了降低成本，使用了一种更复杂的拓扑，称为反相降压-升压转换器 。在本文中，我们将学习如何构建和测试基于流行的XL6009 IC构建的简化Sepic 转换器。

SEPIC转换器（单端初级电感转换器）的工作

下面的示意图是SEPIC 转换器的基本示意图，在本文中，我们将使用它来解释工作原理。

SEPIC 转换器是一种降压-升压拓扑， 与经典的降压-升压型反相拓扑不同。SEPIC转换器的特点是使用两个电感器，一个在输入端，另一个接地，这两个电感器通过耦合电容连接，在施加开关信号时有效地将L1和L2并联。

现在，为了了解 SEPIC 转换器的工作原理，我们修改了基本电路并从图片中移除了控制器。正如您所看到的，当电源在那个短暂时刻施加到电路时，开关打开，电容器 C2 开始通过电感器 L1 充电。现在，随着控制器 IC 打开，它打开开关。

现在，随着开关打开，两件事同时发生，首先电感 L1 和 L2 同时开始充电。发生这种情况时，由于 XL6009 IC 的内部电路产生的 PWM 脉冲，开关会打开。

现在，随着开关再次关断，电感改变极性并通过二极管放电，此时输出电容C3保持电荷。并且根据PWM 信号和反馈，现在我们可以非常稳定地改变输出电压。这是对 SEPIC 转换器如何工作的非常基本的解释。

此时，如果您想知道这个原理图中的 L1 有什么用呢？现在，请仔细查看原理图：您在电路图上看到的电感器是耦合电感器，这意味着两个绕组连接在一个磁芯中。这样做是为了减少瞬变。因此，使用单独的电感器设计的问题之一是两个电感器 L1 和 L2 与电容器串联形成谐振电路，从电路理论中我们都知道，对于LC 电路中的阶跃响应，输入电压可能会上升两倍于输入电压，因此可能会损坏您敏感的实验室电源。 因此，最小化该问题的方法是使用带有耦合电感的 SEPIC。当我们这样做时，能量会被 SEPIC耦合电容器耦合。如果没有耦合电容器，该电路将用作反激式转换器。耦合电容器可将任何泄漏电压短路，并允许电路更有效地工作。在这些类型的耦合电感转换器中，两个电感应该具有相同的值，这就是我们需要构建电感的原因。

构建 SEPIC 转换器所需的组件

下面列出了构建基于 XL6009 升压转换器 IC 的 SEPIC 降压-升压转换器所需的组件。该项目中使用的组件非常通用，您可以在当地的爱好商店中找到其中的大部分。

XL6009 集成电路 - 1

470uF，63V电容 - 1

220uF，63V电容 - 1

22uF，63V电容 - 1

1uF，50V 贴片 0805 电容 - 2

MBR20100CT 二极管 - 1

10K 电阻 - 1

10K 电位器 - 1

螺丝端子 - 2

47uH 耦合电感 - 1

跳线 - 1

隔板 - 1

基于 XL6009 的 SEPIC 转换器原理图

基于 XL6009 的 SEPIC 转换器的完整原理图如下所示。

该电路的工作原理非常简单。首先，我们的输入存储电容直接连接到 IC 的输入 VCC 引脚。接下来，我们有我们的耦合电容器，在示例原理图中推荐使用 47uH 4A 耦合电感器，该示例原理图取自Xl6009 数据表的图 6 。耦合电感可以是任意类型；它可以是一个耦合变压器，或者在我的情况下，它是一个环形线轴，我们从旧的不工作的 ATX 电源中弄乱了它。输出二极管是一个 MUR810 二极管，为 8A 和 100V。接下来，我们的反馈电路由一个 10K 电阻器和一个 10K 电位器组成。最后，我们有存储输出电压的输出电容器。完成焊接过程后，电路板如下图所示。

基于 XL6009 的 SEPIC 转换器的 PCB

我们的 SEPIC 降压-升压转换器电路的 PCB 设计在单面板上。我使用 Eagle 来设计我的 PCB，但您可以使用您选择的任何 PCB 设计软件。Eagle 生成的 PCB 顶部和底部的 2D 图像如下所示。

正如您在 PCB 的最左侧看到的，我们有输入电源连接器，在右下角，我们有输出连接器。我们在耦合电感中间使用了一个电容器，因为它放置在那里非常方便，PCB 上的电容器 C3 就是我们在基本原理图中显示的电容器 C2。这个 SEPIC 转换器的主要驱动是 XL6009 IC，它位于 PCB 的底部。由于它是 SMD 组件，我们必须将其放在底部。我们使用了厚接地层来确保有足够的电流流过它。完整的设计文件以及 TL494 升压转换器原理图可从以下链接下载。

下载基于 XL6009 的 SEPIC 转换器电路的 PCB 设计 GERBER 文件

手工PCB：

为方便起见，我准备了手工制作的 PCB 版本，如下所示。我在制作这个 PCB 时犯了一些错误，所以我不得不使用一些铜线作为跳线来修复它。

测试基于 XL6009 的 SEPIC 降压-升压转换器电路

注意： 第一次给这个电路供电时，一定要使用恒流电源来限制电流，或者你可以使用一堆功率电阻来限制电流。如果您在焊接过程中犯了一些错误，XL6009 可能会烧坏。

如您所见，上述测试设置用于测试电路。ATX PC，电源用于为电路供电，这就是输入电压保持在 12V 的原因。您还可以看到电路当前在升压模式下运行，因此在这种情况下输出保持在 43.26V 伏特，我在电路上连接了一个 2.2K 1W 电阻的最小负载，它消耗了大约 0.02A 的电流。

上图显示，该电路在最小负载条件下可以达到 2.5V 的最小电压。

因为我只有两个万用表，所以我使用了 mecho 450B+ 万用表来显示输出电压，我使用了 MECHO 108B+ 万用表来测量输出电流。

在上图中，SEPIC 转换器的输出电压保持不变，为 43.28V，这意味着输出电流也保持不变。但在 MECHO 108B+ 万用表中，您可以看到电流已升至 0.223A 或 223 mA。这是因为在上图中，MECHO 108B+ 万用表显示输入电流，当我使用 ATX 电源为电路供电时，输入电压保持在 12V。

现在，对于较低电压范围内的效率，我能够获得约 68% 的效率，但在较高电压范围内，效率下降到约 40%。这只是因为电感器质量差。所以，电感的质量必须非常好。EE 核心将比环形核心做得更好。

进一步增强

此 SEPIC 升降压转换器电路仅用于演示目的，因此在电路的输出部分未添加保护电路。

必须增加一个输出保护电路来保护负载电路。

电感器需要浸入清漆中，否则会产生可听噪声。

具有适当设计的优质PCB是强制性的

可以修改开关晶体管以增加负载电流。

电感的质量必须非常好。

为了从电路中获得最大效率，电感器应该能够处理 XL6009 数据表中定义的最大 4A 电流。