电源设计小贴士 14：SEPIC 转换器提供高效偏置电源

作者：Robert Kollman

您想过使用一个单端初级电感转换器 (SEPIC) 拓扑结构来构建偏压电源吗？如果您不需要隔离，那么这种想法还是行的通的。SEPIC 拥有诸多特性，从而使其比非隔离式反向结构更具吸引力。控制 MOSFET 和输出整流器振铃可减少电磁干扰 (EMI) 和电压应力。在许多情况下，这使您能够使用更低电压的部件，从而降低成本并提高效率。另外，多输出 SEPIC 可改善输出之间的交叉稳压，从而消除对于线性稳压器的需求。

图 1 显示的是一个 SEPIC 转换器，像反向转换器一样它具有最少的部件数量。实际上，如果去除 C1，该电路就是一个反向转换器。该电容可提供对其所连接半导体的电压钳位控制。当 MOSFET 开启时，该电容通过 MOSFET 对 D1 的反向电压进行钳位控制。当电源开关关闭时，在 D1 导电以前漏电压一直上升。在关闭期间，C1 通过 D1 和 C2 对 MOSFET 漏电压进行钳位控制。具有多个输出端的 SEPIC 转换器对绕组比构成限制。其中的一个次级绕组对初级绕组的匝比需为 1:1，同时 C1 必须与之相连接。在图 1 所示的示例电路中，12-V 绕组的匝比为 1:1，但它可能已经使用了 5-V 绕组作为替代。


图1 多输出 SEPIC 转换器

图 1 所示电路已经构建完成，并经过测试。分别将其作为带 C1 的 SEPIC 和没有 C1 的反向转换器运行。图 2 显示了两种运行模式下的 MOSFET 电压应力。在反向模式下，MOSFET 漏极约为 40V，而在 SEPIC 模式下漏电压仅为 25V。因此，反向设计不得不使用一个 40-V 或 60-V MOSFET，而 SEPIC 设计只需使用一个额定值仅为 30V 的 MOSFET。另外，就 EMI 滤波而言，高频率（5 MHz 以上）振铃将是一个严重的问题。

完成对两种电路的交叉稳压测量后，您会发现 SEPIC 大体上更佳。两种设计中，5 V 额定电压实际值为 5.05 V，负载在 0 到满负载之间变化，同时输入电压被设定为 12V 或 24V。SEPIC 的 12V 电压维持在 10% 稳压频带内，而反向转换器的 12V 电压则上升至 30V（高线压输入，12V 无负载，5V 全负载）。如果根据低电压应力选择功率部件，那么即使这两种结构的效率相同人们也会更倾向于使用 SEPIC。


图2 SEPIC 极大地降低了 EMI 和电压应力。上图没有 C1，而下图则安装了 C1。

总之，对非隔离式电源而言，SEPIC 是一种重要的拓扑结构。它将 MOSFET 电压应力钳位控制在一个等于输入电压加输出电压的值，并消除了反向转换器中的 EMI。减少的电压应力允许使用更低电压的部件，从而带来更高效率和更低成本的电源。EMI 的降低可以简化最终产品的合规测试。最后，如果配置为多输出电源，则其交叉稳压将优于反向转换器。
作者简介

Robert Kollman 现任 TI 高级应用经理兼科技委员会资深委员。他拥有超过 30 年的电源电子行业工作经验，并为电源电子成功设计了磁芯，包括从 sub-watt 到 sub-Megawatt 的磁芯，其工作频率兆赫兹范围内。Robert 毕业于得克萨斯 A&M 大学(Texas A&M University)，获电子工程理学士学位，后又毕业于南卫理公会大学 (Southern Methodist University)，获电子工程硕士学位。.