XL6000系列升压芯片做升降压 SEPIC拓朴指导手册

2012-05-09 16:47阅读：

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SEPIC系统设计简介有些应用需要稳定的输出电压，该输出电压可能高于或等于也可能低于输入电压 (Vin
≤ Vout或 Vout＜Vin)，根据这个应用，需要设计一款输入电压宽范围，输出电压恒定的方案。SEPIC变换器 SEPIC的电气原理简图如图一所示。

图一 SEPIC拓扑结构
通常称之为升降压变换器 SEPIC的简单原理如下（如图二）： SEPIC设计中具有原边电感（L1）、副边电感（ L2）和位于两个电感之间的串联电容（ Cp），某种程度上，可以把 SEPIC设计看作是具有隔直流电

容（消除输入电压）的 BOOST调节器，允许输出电压高于或低于输入电压。然而，为了复位隔直流电容，允许能量传递到输出端，在副边放置了另一个电感 L2。
对电路进行分析，会发现 Cp上的直流电压等于输入电压，当 MOSFET（Q1）导通时， Vin为 L1充电、 Cp 为 L2充电。由于 C3上的电压等于输入电压，导通期间每个电感电压相同。关闭期间，每个电感的放电电压相同——输出电压加上 D1的导通电压。由于 L1和 L2具有相同的充、放电电压，它们可以具有相同的电感量和纹波电流，但二者的平均电流相差较大。
Q1导通时，D1反偏，只有输出电容 Cout支持输出电流（ Iout）；Q1断开时，L1的电感电流流过 Cp，与 L2电流合并，为输出电容充电并支持 Iout。通过对方程式进行分析，会发现电路中 L2的电流用于支持 Iout，L1的电流重新为输出电容充电，补充能量。即 L2的平均电流等于 Iout，而 L1的平均电流等于 Iout×Vout/Vin。由 SEPIC的原理可推出基本关系式：Vout/Vin＝D/(1-D)。式中 D为占空比，且忽略 SW及 D1等的压降。

芯龙半导体 SEPIC应用选择表

注意事项
1，设计时需要保证输入电压符合要求范围；
2，输入电压与输出电压之和不能超过40V。 SEPIC转换器设计实例
以 XL6010为实例来设计 SEPIC转换器，设计要求如下所示：
输入电压（Vin）：10V-24V
输出电压（Vout）：12V
输出电流（Iout）：1.5A
开关频率（Fsw）：180KHz
XL6010是一颗升压型 DC/DC转换器，输入电压范围 5V-32V，内置 N沟道的MOSFET，其最大开关电流 5A，开关频率 180KHz，封装类型 TO263-5L，内置 OCP、OTP等保护电路，工作温度-40℃--+125℃，内置软启动功能，效率可达 94%；主要应用于 PDA供电、便携式笔记本车载适配器等领域。
元器件选型
在该例中使用XL6010升压型转换器。此设计是在直流输入电压范围为 10-24V时，恒压输出 12V，典型输出电流为 1.5A。电路如图三所示
步骤 1：计算占空比我们选用 VD为 0.5V，

步骤 2：选择电感输入电感 L1的纹波电流为：

步骤 3：内置功率 MOSFET参数 MOSFET峰值电流为：

步骤 4：选择输出二极管二极管额定的反向电压必须高于 Vin+Vout，二极管平均电流等于满载时的输出电流。
选用肖特基二极管 D1 3A 40V SMC封装
步骤 5：选择 SEPIC耦合电容 Cs的RMS电流为：

选择一个 6.8 μF的陶瓷电容
选用陶瓷电容 C3=6.8 μF

步骤 6：选择输出电容
输出电容的 RMS电流是：

假定纹波是输出电压 12V的 2%。
输出电容的 ESR值为：以及电容值为：

使用一片 68μF陶瓷电容。或者可以将铝电解和陶瓷电容一起使用，对噪声敏感的应用可包括一个二阶滤波器。
选用铝电解 CIN=100μF（耐压 50V）和陶瓷电容 C2=6.8μF
步骤 7：选择输入电容
输入电容的RMS电流是：

选用铝电解 CIN=330μF（耐压 50V）和陶瓷电容 C2=6.8 μF
步骤 8：选择反馈电阻 R1和 R2分别是电阻分压器的末端电阻值和顶端电阻值。反馈参考电压为1.25V。根据公式：VOUT=1.25*(1+R2/R1)可得，若R1=1.82KΩ，则 R1=16KΩ；
选用精度为 1%的精密电阻，若 R1=1.82KΩ，最接近的电阻值 R2=16KΩ
典型波形图