选择耦合电感 应用于 SEPIC 应用设计实例 SEPIC（单端初级电感转换器）拓扑使用于要求 兼具降压和升压特点的稳压器应用中，特别是要 求能够将输入电压提高和降低的应用上。SEPIC 通常是在 CCM（连续导通模式）下工作，提供非 反极向的输出电压。 通常，SEPIC 是使用于电池供电系统和车载应用 上。在这些应用中，电池输入电压或母线电压可 能大于或小于输出电压的期望值，这取决于电池 的电荷状态。SEPIC 拓扑能够在比电池放电周期 长的条件下工作，因为它能够在更广的输入电压 范围内调节输出电压，包括高于和低于输出电压。 图 1 显示了使用耦合电感的 SEPIC 示意图。 选择一个耦合电感来代替两个单独元件能够节省 电路板的空间和节省成本。 下面举例展示所需的计算方法来确定电感值、 rms 电流和峰值电流的定额。 耦合电感的计算 假定图 1 电路的参数如下： VIN = 2.7 V 至 4.5 V VOUT, IOUT = 3.3 V, 0.2 A Fs (开关频率) = 400 kHz VD1 (典型压降) = 0.7 V 目标效率 = 90% 步骤 1. 计算最小和最大占空比 (Dmin 和 Dmax) 图 1. SEPIC 简化电路图 Dmin VOUT + VD (VIN(max) + VOUT + VD) Dmin 3.3 V + 0.7 V (4.5 V + 3.3 V + 0.7 V) C1：飞驰电容器 – 应该是低 ESR，通常是陶瓷质。 Dmin 0.47 C2：输出电容器 – 根据输出纹波电流精度来选择， Dmax 通常为钽质。 VOUT + VD (VIN(min) + VOUT + VD) L1 和 L2：耦合电感 – 两个 电 感紧 密耦 合 在一 个共 用 铁芯 上。 3.3 V + 0.7 V (2.7 V + 3.3 V + 0.7 V) 电感 L1 和 L2 不一定要一起绕在同一个磁芯上， 但如果它们绕于同一个磁芯，就会有明显的优势。 如果 L1 和 L2 紧密耦合，纹波电流会在它们之间 分摊，所需的电感值减半。例如，用每个绕组为 11 µH 的一个耦合电感来代替两个 22 µH 的单独 电感，这就允许选择一个较小的电感，或一个相 同尺寸但有较低 DCR 和较高电流处理能力的电感。 Copyright © 2013, Coilcraft, Inc. Dmax = Dmax = 0.60 步骤 2. 计算峰-峰值纹波电流 必须选择允许的纹波电流百分比。最好是一开始 将峰-峰值纹波电流限制为满负载电感 Irms 电流的 40%。这能确保低输出纹波，使电感的铁芯损耗 最小化并且使轻载连续导通模式运行电流低至满 负载的 20%。 www.coilcraft.com.cn Document 639-1 Revised 01/28/08 允许 40%纹波，用下面的公式计算在 VIN(min)下 极端条件的峰-峰值纹波电流： Iripple Iripple IOUT VOUT VIN(min) IOUT VOUT VIN(min) Iripple = 0.2 A %峰‐峰值纹波电流 步骤 7. 选择耦合电感 选择线艺的 LPD4012-223ML。 0.4 3.3 V 2.7 V 线艺的 LPD4012-223ML 每个绕组电感 22 µH， 额定饱和电流为 0.79 A。即是说每个绕组可以通 过 0.39 A 电流（或任何组合不超过 0.79 A 的电流） 而不达到饱和。 0.4 Iripple = 0.098 A 步骤 3. 计算电感 用基本公式计算电感： V=L 线艺的 LPD4012-223ML 两个绕组的额定 Irms 电 流为 0.31 A，单个绕组为 0.44 A。即对于 40℃的 温升，每个绕组能够同时通过 0.31 A 电流或一个 绕组通过 0.44 A 电流。 ∆i ∆t 由于纹波电流在一个耦合电感的两个绕组之间分 摊，电感值可减半。 L1 = L2 = 0.5 VIN(min) Iripple × Fs L1 = L2 = 0.5 2.7 V 0.098 A × 400 kHz Dmax 选择标准值 L = 22 µH 步骤 4. 计算所要求的 Irms L1 Irms = VOUT IOUT 3.3 V 0.2 A 2.7 V 0.9 0.60 DCR 135℃ W 温升 ∆t = 功率损耗 135℃ W 功率损耗 = (0.272 + 0.202) 135℃ ∆t = 0.172 W W 1.52 = 0.172 W = 23℃ 要估算总的电感损耗，包括交流线圈电阻和铁芯 损耗，请参阅 www.coilcraft.com/coreloss 中的线 艺磁芯和线圈损耗计算器。 L1 Irms = 0.27 A L2 Irms = IOUT L2 Irms = 0.2 A 计算每个绕组的总电感损耗。要确定温升，将每 个绕组的总电感损耗相加，再将这个数字乘以 135， 如步骤 7 所示。 步骤 5. 计算 Ipeak (0.5 L1 Ipeak = 0.27 A Iripple) (0.5 0.098 A) L1 Ipeak = 0.32 A L2 Ipeak = Irms 功率损耗 = (IL12 + IL22) 步骤 8. 与频率相关的损耗 大多数情况下，根据步骤 7 中计算的 I2R 损耗就 容易估算电感损耗。但是，与频率相关的损耗例 如铁芯损耗和交流线圈损耗也应该考虑进去。 效率 VIN(min) L1 Ipeak = Irms 以此为例，L1 (0.27 A) 的Irms和L2 (0.20 A)的Irms 远远低于这些极限。参考LPD4012的数据表，并 且使用以下公式来计算温升(∆t): ∆t = 功率损耗 L1 = L2 = 20.7 µH L1 Irms = 步骤 6. 总结电感规格 L1 = L2 = 22 µH Ipeak (L1) = 0.32 A Irms (L1) = 0.27 A Irms (L2) = 0.20 A Ipeak (L2) = 0.25 A (0.5 L2 Ipeak = 0.2 A + (0.5 Iripple) 0.098 A) L2 Ipeak = 0.25 A Copyright © 2013, Coilcraft, Inc. 参考 Designing a SEPIC Converter, Wei Gu, National Semiconductor Application Note AN1484, June 2007 Versatile Low Power SEPIC Converter Accepts Wide Input Voltage Range, Jack Palczynski, Unitrode Design Note DN-48 SEPIC Equations and Component Ratings, Maxim Integrated Circuits Application Note 1051, Apr 23, 2002 www.coilcraft.com.cn Document 639-2 Revised 01/28/08