基于XL6009的单端初级电感(SEPIC)转换器设计

在DC-DC变换器领域，单端初级电感变换器或SEPIC变换器是一种使用升压型控制拓扑来升压或降压输入电压的变换器。看完这篇文章，你脑海中浮现的第一个问题是，它像一个被美化的经典Buck-Boost转换器吗?答案是肯定的和否定的。经典的buck-boost转换器由两个电感器和两个开关组成，这增加了成本，因此为了降低成本，使用了一种更复杂的拓扑结构，即反相buck-boost转换器。我们在之前的一篇文章中讨论过这个问题。在反相降压升压变换器中，反相降压升压变换器的输出极性与输入极性相反。特定转换器通过引入耦合电感来解决这些问题，从而降低了总体成本，并且在实际电路板中占用的空间也更小。

因此，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。我们以前使用该XL6009 IC来设计移动电源和可调降压稳压器(3.3V至12V)，如果您感兴趣，您也可以查看它们。

SEPIC变换器(单端主电感变换器)的工作原理

下面的原理图是SEPIC转换器的基本原理图，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，不像经典的降压升压是一种反相拓扑。SEPIC变换器的特点是使用两个电感，一个在输入端，另一个连接到地，这两个电感通过耦合电容连接，当施加开关信号时，有效地使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删除了控制器。正如你所看到的，当电源被应用到电路中，在那短暂的时刻，开关打开，电容器C2开始通过电感L1充电。现在，当控制器IC打开时，它打开开关。

现在，当开关打开时，两件事同时发生，首先电感器L1和L2同时开始充电。当这种情况发生时，由于XL6009 IC内部电路产生的PWM脉冲，开关被打开。

现在，当开关再次关闭时，电感改变其极性并通过二极管放电，此时，输出电容C3保持电荷。根据PWM信号和反馈，现在我们可以以非常稳定的方式改变输出电压。这是SEPIC转换器如何工作的一个非常基本的解释。

现在，如果你想知道L1在这个原理图中的用途是什么?现在，仔细看一下原理图：你在电路图上看到的电感是一个耦合电感，这意味着两个绕组连接在一个单芯中。这样做是为了减少瞬态。因此，设计单独电感的问题之一是两个电感，L1和L2与电容串联形成谐振电路，正如我们从电路理论中所知，对于LC电路中的阶跃响应，输入电压可以上升两倍于输入电压，因此可能会损坏敏感的实验室电源。因此，最小化问题的方法是使用带有耦合电感的SEPIC。当我们这样做时，能量被SEPIC耦合电容器耦合。没有耦合电容，该电路将作为反激变换器工作。耦合电容短路任何泄漏电压，并允许电路更有效地工作。在这些类型的耦合电感变换器中，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SEPIC降压-升压转换器的XL6009升压转换器IC所需的组件。在这个项目中使用的组件是非常通用的，你可以在你当地的爱好商店找到他们中的大多数。

•XL6009 IC - 1

•470uF，63V电容- 1

•220uF，63V电容- 1

•22uF，63V电容- 1

•1uF，50V SMD 0805电容器- 2

•MBR20100CT二极管- 1

•10K电阻- 1

•10K电位器- 1

•螺钉端子- 2

•47uH耦合电感- 1

•跳线- 1

•护墙板- 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。

这个电路的工作原理很简单。首先，我们有直接连接到IC的输入VCC引脚的输入存储电容。接下来，我们有耦合电容，在Xl6009数据表的图6示例原理图中建议使用47uH 4A耦合电感器。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，我们已经从一个旧的不工作的ATX电源紊乱。输出二极管是一个8A和100V的MUR810二极管。接下来，我们有一个反馈电路，由一个10K电阻和一个10K电位器组成。最后，我们有存储输出电压的输出电容。一旦我们完成了焊接过程，电路板看起来像下图所示。

基于XL6009的SEPIC转换器的PCB

我们的SEPIC Buck-Boost转换器电路的PCB设计在单面板上。我用Eagle来设计我的PCB，但你可以使用任何你选择的PCB设计软件。Eagle生成的PCB顶部和底部的二维图像如下所示。

正如您在PCB的左侧所看到的，我们有输入电源连接器，在右下角，我们有输出连接器。我们在耦合电感的中间使用了一个电容，因为把它放在那里很方便，PCB上的电容C3就是我们在基本原理图中展示的电容C2。这个SEPIC转换器的主要驱动程序是XL6009 IC，它在PCB的底部。因为它是一个SMD组件，我们必须把它放在底部。我们采用了较厚的接地面，以确保有足够的电流通过。完整的设计文件以及TL494升压转换器原理图可以从下面的链接下载。

手工制作的电路板:

为了方便，我准备了我手工制作的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。

基于XL6009的SEPIC降压转换电路的测试

注意：当第一次为这个电路供电时，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。如果在焊接过程中出现错误，XL6009可能会烧坏。

如您所见，上面的测试设置是用来测试电路的。一个ATX PC，电源是用来给电路供电的，这就是为什么输入电压保持在12V。您还可以看到电路目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，并且我已将2.2K 1W电阻的最小负载附加到电路上，并且它正在绘制大约0.02 a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。

由于我只有两个万用表，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，您可以看到电流已上升到。223 a或223 mA。这是因为在上图中，MECHO 108B+万用表显示输入电流，当我用ATX电源为电路供电时，输入电压保持在12V。

现在，对于低电压范围内的效率，我能够得到大约68%的效率但是在高电压范围内，效率下降到大约40%。这种情况的发生仅仅是因为电感质量差。所以，电感器的质量必须非常好。EE核将比环形核做得更好。

进一步增强

此SEPIC降压升压转换电路仅用于演示目的，因此，在电路的输出部分不添加保护电路。

•必须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，否则会产生可听到的噪音。

•一个高质量的PCB与适当的设计是强制性的

•可以修改开关晶体管以增加负载电流。

•电感器的质量必须很好。

为了获得电路的最大效率，电感应该能够处理XL6009数据表中定义的4A的最大电流。

本文编译自circuitdigest