Высокоэффективный преобразователь SEPIC для автомобильных и промышленных приложений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2018

LT8711 – это контроллер DC/DC преобразователя, поддерживающий понижающую, повышающую, SEPIC, ZETA и асинхронную понижающе-повышающую топологии. Analog Devices выпускает множество микросхем синхронных понижающих и повышающих преобразователей и регуляторов, но синхронная топология SEPIC встречается довольно редко. Тем не менее, топология SEPIC (single-ended primary-inductor converter – преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью) полезна, поскольку она поддерживает стабильный уровень выходного напряжения, даже если входное напряжение падает намного ниже или поднимается намного выше этого уровня. Эта особенность может быть незаменима в автомобильной электронике, особенно при холодном пуске и сбросе нагрузки, а также в промышленных приложениях из-за длинных линий питания и тяжелой помеховой обстановки. Можно также повысить надежность нефтяного и газового оборудования, используя преобразователи SEPIC для питания критических нагрузок от нескольких различных источников. При выходе из строя одного источника питания SEPIC может поддерживать нагрузку, используя другой, даже если его выходное напряжение имеет иной уровень.

Описание и принцип работы схемы

На Рисунке 1 показана схема синхронного преобразователя SEPIC, управляющего передачей энергии, который состоит из:

• Двух несвязанных дросселей L1 и L2;
• N-канального переключающего MOSFET MN1, управляемого выводом BG;
• Двух синхронных P-канальных MOSFET MP1 и MP2, управляемых выводом TG;
• Развязывающих конденсаторов C1, C2 и C3;
• Входных и выходных фильтров.

Рисунок 1.	Электрическая схема LT8711 для SEPIC и понижающих приложений.

На Рисунке 2 изображена зависимость КПД преобразователя от тока нагрузки при входном напряжении 14 В. Синхронная схема обеспечивает высокий КПД, достигающий в пике 93.4%. Рисунки 3 и 4 позволяют оценить высокое качество стабилизации выхода при провалах и бросках входного напряжения.

Рисунок 2.	Зависимость КПД от тока нагрузки преобразователя SEPIC на основе микросхемы LT8711.

За основу была взята стандартная демонстрационная схема DC2493A [1], переработанная для увеличения выходного тока с 4 А до 6 А. MOSFET MN1 и MP1, а также дроссель L2 были заменены компонентами, показанными на Рисунке 1.

Рисунок 3.	Моделирование ситуации холодного запуска. Напряжение шины VIN проседает от 15 В до 6 В, однако напряжение VOUT остается стабильным и равным 12 В.

Рисунок 4.	Моделирование сброса нагрузки. Напряжение шины VIN увеличивается от 10 В до 20 В, но стабилизация VOUT не нарушается.

Эта модифицированная схема использовалась для оценки характеристик конструкции. На Рисунке 5 показана тепловая карта ее платы. LTspice модель для аналогичного решения приведена в [2]. Подробные рекомендации по выбору компонентов для силовой цепи SEPIC можно найти в техническом описании LT8711.

Рисунок 5.	Схема расположения компонентов и тепловая карта демонстрационной платы DC2493A (VIN = 14 В, VOUT = 12 В/6 А). Самым горячим компонентом с температурой 77 °C является транзистор MN1.

Для понимания функционирования этой топологии ниже приведены основные выражения для пиковых значений напряжений и токов:

LT8711 – это универсальный и гибкий контроллер, предназначенный для использования в понижающих, повышающих, SEPIC, ZETA и асинхронных понижающе-повышающих преобразователях. В частности, синхронный преобразователь SEPIC может использоваться для эффективного преобразования входных напряжений, которые могут быть выше и ниже требуемого выходного напряжения, что особенно важно для автомобильных и промышленных приложений.

Ссылки

Материалы по теме