SEPIC转换器:如何尽可能减少开关损失
mouser 2021-09-18

用于电压转换的每个开关模式稳压器都会引起干扰。在电压转换器的输入端和输出端,有一部分是通过线传输的,但也有一部分是辐射的。这些干扰主要是由快速开关的边缘引起的。


对于现代开关模式稳压器,它们只有几纳秒长。采用新开关技术(例如SiC或GaN)之后,这些开关转换的时间特别短。图1所示为大约 1纳秒长的开关转换时间。基础频率不能与降压型稳压器的开关频率混淆。但是,有一些方法可以克服干扰问题。如图1所示,应该尽可能快地开关边缘,以便尽可能减少开关损失。

“图1.

图1. 快速开关转换引发干扰。


为了创建一个辐射干扰尽可能低的优化电路板布局,开关模式稳压器的热回路必须尽可能小—也就是说,寄生电感越小越好。为了说明快速开关电流产生的影响,我们针对一个示例进行了计算。如果在一纳秒内开关1 A电流,且该电流路径中存在20 nH 的寄生电感,则会产生20 V电压偏移。计算公式如下:

“”

产生的干扰 (EMI) 是由热回路中20 nH寄生电感导致的20 V电压偏移引起的。为了尽可能减少这种干扰,必须让寄生电感尽可能最小。


降压型开关模式稳压器要求输入电容尽可能靠近高侧开关以及低侧开关的接地连接。对于单片同步降压型开关稳压器,这相当于输入电容与降压稳压器集成电路的VIN和GND连接。如果这些连接的电感尽可能低,产生的电压偏移和电磁干扰就会尽可能低。


根据 SEPIC 拓扑,采用开关式稳压器的情况下,这个概念如何实施?SEPIC拓扑非常受欢迎,因为输入电压可以高于或低于输出电压。因此,这相当于升降压拓扑。图2显示了这个拓扑。除降压拓扑外,还需采用第二电感和耦合电容。

“图2.

图2. 关键路径(热回路),含SEPIC转换器。


由于SEPIC转换器也是一种开关模式稳压器,所以这种拓扑中也会出现相同的快速开关电流(与降压转换器类似)。为了尽量减少产生干扰,这些热回路电流路径应该尽可能短。出于这个目的,必须考虑降压稳压器的每条路径。


导体是连续导电,还是只在通电或断电时导电?


在图2中,所有用浅蓝色线路的电流随快速切换而变化。因此,这些路径是关键的热循环路径,构建时需保证电感尽可能低。不可在这些路径中插入过孔或不必要的长连接线缆。


SEPIC 开关模式稳压器也具备关键的热回路,这对于实现低电磁干扰行为是必不可少的。如果这些热回路设计巧妙,寄生电感很低,那么只会产生很小的电压偏移,从而减少辐射干扰。在 SEPIC 开关模式稳压器中,并非如降压型稳压器一样,关键的是输入电容,而是本文中描述的电流路径,如图2所示。 

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