电感式DC/DC转换器是SEPIC结构。其特点是输出的稳压电压既能够高于输入电压,也可以低于输入电压。
如图6所示,SEPIC与传统降压转换器和升压转换器的区别在于,采用两个外部电感(L1和L2)以及两个外部电容(CP 和 COUT)。SEPIC电源的工作也包括两个阶段,但对其工作方式的讨论不是非常广泛,因为相对更为复杂,而其应用也是近期才流行起来。
同样,为简化分析,我们考察一个L1 和 L2都工作在连续电流模式的固定频率SEPIC稳压器。
为理解SEPIC稳压器的工作,我们首先从平衡状态开始,这时开关都是关断的。没有直流电流通过CP。CP端的电压(从左到右)是VIN,其左侧通过L1连接到VIN,右侧通过L2连接到地。
在开关导通阶段,L1右侧连接到地,VIN就是其两端的电压。CP左侧电平转接到地,由于CP两端的电压是VIN,因此CP右侧的电压是−VIN。L2的下端接地,同时与CP并联,因此其上端电压为−VIN。二极管D1现在是反向偏置,因此没有电流通过。
在此阶段,L1由VIN充电, L2由CP进行充电。由于D1是反向偏置的,两个电感都不对COUT进行充电或为负载供电。负载电流由COUT提供。因此,两个电感的电流都以线性方式上升,在开关导通阶段的开始初始值为iL1和iL2, 在开关导通阶段结束时的最终值分别为iH1和iH2 (参考图6)。
电感两端电压与通过电感的电流之间的关系为:
V=L(di/dt) 方程(3)
从公式3推导出,在开关导通阶段电感L1和L2的电压-电流关系如下:
iH1-iL1=(VIN-0)tON/L1=VINtON/L1 方程(4a)
iH2-iL2=(0-(-VIN))tON/L2=VINtON/L2 方程(4b)
在开关导通阶段,由于通过L1的电流不能瞬时变化,因此同样的电流流出L1的右侧,迫使L1右侧电平从地上升到高于VIN。这同时将CP左侧的电平移至高于VIN,从而导致电流从其右侧流出,使D1处于正向偏置。这样CP右侧的电压,即L2上端的电压,也等于VOUT(忽略二极管的小压降)。此外,我们已经确定 CP 两端(从左到右)的电压为VIN,因此 CP 和 L1 之间结点的电压现在为VIN+VOUT。
来自L1和L2电感的电流现在开始对 COUT 充电并为负载提供电流。因此,两个电感的电流都以线性方式下降,在开关断开阶段的开始初始值为 iH1和iH2, 在开关断开阶段结束时的最终值分别为iL1和iL2(参考图6)。
在开关断开阶段,L1和L2电感上的电压-电流关系为:
iL1-iH1=(VIN-(VIN+VOUT))(T-tON)/L1=-VOUT(T-tON)/L1 方程(5a)
iL2-iH2=(0-VOUT)(T-tON)/L2=-VOUT(T-tON)/L2 方程(5b)
从方程4a和5a,或方程4b和5b, 可以导出VOUT:
VOUT=VINtON/(T-tON) 方程(6a)
方程6a还可以表示为:
VOUT=VIND/(1-D) 方程(6b)
其中D为占空比,等于tON/T。
从方程6a 和 6b,我们可以看出,SEPIC稳压器的输出电压既可以高于输入电压,也可以低于输入电压,因为D/(1 -D)的值既可大于1,也可小于1。