比较耦合和非耦合电感组成的SEPIC稳压器的区别

单端初级电感DC-DC转换器（SEPIC）是一种灵活的拓扑结构，可用作降压（“降压”）和升压（“升压”）稳压器。该设计受到工程师的欢迎，因为它具有最小的有源元件，简单的控制器和钳位开关波形，可提供低噪声工作。

SEPIC的特点是使用了两个电感器。电感器可以保持分离（“非耦合”）或缠绕在共同的核心（“耦合”）上。电路对于任何一种类型的操作方式都没有什么区别，设计人员通常不确定哪种方法最佳，或者两者之间是否存在任何真正的差异。

本文将详细介绍两种类型，突出显示差异，并解释每个的优点和缺点。

添加一个电感器

与线性稳压器不同，当电池电压低于要求时，开关DC-DC稳压器能够从降压转换为升压模式在调节器输出。升压配置非常有用，因为它可以访问更多电池的能量。

SEPIC稳压器基于标准降压/升压设计，但带有额外的电感和电容。 SEPIC拓扑的一个关键优势是，与传统的降压/升压稳压器不同，它与输入相比不会反转输出电压。

在SEPIC稳压器设计中，初级电感的一端连接到电池正终端（因此是SEPIC的名称）。电容器阻止输入和输出之间的任何直流分量。添加此电容意味着必须添加第二个电感，以便二极管的阳极可以连接到已知电位（通常为地）。

第二个电感可以耦合到初级或分离（非耦合）。图1显示了耦合电感SEPIC。在该电路中，当开关元件（场效应晶体管（FET）［Q1］）导通时，输入电压施加在第一电感器（初级绕组）上。由于耦合磁芯的绕组比为1：1，因此次级绕组上的电压也等于输入电压。

图1：耦合电感SEPIC电压调节器。 （德州仪器公司提供）

当耦合绕组布置由两个非耦合电感代替时，图1中的电路以非常类似的方式工作。然而，虽然耦合版本中的电感必须匹配（即必须保持伏 - 微秒平衡），但非耦合版本的情况并非如此。但是，工程师通常认为未耦合的电感器设计必须匹配。然而，虽然这是可以接受的并且可以保持简单，但输出电感器也可以比输入侧具有更低的值（因此更小且成本更低）。输出侧电感的值可以通过将初级电感的值按比例等于VOUT/VIN的典型值来计算。

两个SEPIC的故事

事实证明电压和电流波形非耦合电感器SEPIC与耦合电感器版本非常相似。实际上，波形非常相似，很难区分它们。因此，如果SEPIC类型之间的电路操作几乎没有差别，那么使用哪一个是否重要？

考虑的选择很重要，因为每种技术都有其优点。例如，通常选择耦合电感SEPIC稳压器，因为与使用两个单电感相比，它减少了元件数量，提高了集成度，并降低了总电感要求。一个关键优势是稳压器的纹波电流在耦合电感之间分配，允许每个电感的电感减半。然后，该设计受益于更小的输入电容和更简单的EMI滤波。

耦合电感SEPIC还可以显示漏电感，从而降低交流电流损耗。最后一个优点是耦合电感器设计比非耦合电感器版本显示出更好的控制环路特性然而，耦合设计的缺点是，现成的高功率耦合电感的选择有限。克服商业选择缺乏的一个选择是工程师设计他或她自己的设备;但是他们必须指定所有电气参数，以及处理与采购定制元件相关的较长提前期。

选择非耦合电感器可以开辟更广泛的现成元件选择。由于电感器不必相同，因此可以为每个电感器选择不同的元件尺寸，从而提供更大的选择。然而，即使第二个电感器可以小于第一个电感器，与耦合电感器元件相比，两个非耦合电感器通常还需要额外10％的电路板面积。¹

一家公司确实提供了良好的耦合范围用于SEPIC稳压器应用的电感器是WürthElectronics。例如，该公司的WE-DD系列有五种不同的尺寸，可以在高达8.6 A的直流电流和高达18 A的饱和电流下工作（图2）。 WürthElectronics还生产了一个关于其耦合电感产品的有用产品培训模块。

图2：WürthElectronics为SEPIC应用提供一系列耦合电感。

有许多非耦合供应商用于SEPIC稳压器应用的电感器，包括WürthElectronics，Bourns，Murata Power Solutions和TE Connectivity。

耦合电感器设计的效率小幅提升高达0.5％。图3显示了VIN = 12和24 V以及VOUT = 16 V两种可比设计的效率。这种效率增益通常低于耦合设计中使用的较小电感的绕组损耗。

图3：耦合和非耦合电感调节器的效率曲线。 （由Texas Instruments提供）

图4显示了用于非耦合电感SEPIC配置的Texas Instruments LM2735开关电压调节器。 LM2735是一款2.1 A开关稳压器，可在内部设置为工作在520 kHz或1.6 MHz。输入电压范围为2.7至5.5 V，输出电压范围为3至24 V.该公司表示，LM2735允许使用小型电感器和电容器，同时工作效率高达90％。图2所示的设计（1.6 MHz，VIN = 2.7至5 V，VOUT = 3.3 V，500 mA）采用两个相同的电感，测量值为6.8μH。

图4：非耦合电感SEPIC稳压器基于TI LM2735的设计。

Maxim Integrated还为SEPIC设计提供集成开关电压调节器。 MAX629设计用于在0.8至28 V范围内的输入电压范围内提供高达28 V的输出电压。 MAX629的开关频率高达300 kHz，允许使用小型耦合或非耦合电感。

总结

SEPIC拓扑结构是降压/升压稳压器的理想替代品，具有额外的优势，即输出电压为不倒。可以使用耦合电感器或两个非耦合绕组来实现调节器。与非耦合电感器类型相比，耦合电感器版本带来了略微提高的效率，减小的电路面积，更加良好的控制环路特性以及更少的EMI挑战。但是，更容易找到非耦合电感 - 如果上市时间至关重要，这是一个重要的考虑因素。