Convertor SEPIC

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

SEPIC este acronimul pentru „ convertor inductor primar cu un singur capăt ”, un tip de convertor DC-DC care permite să aibă la ieșire o tensiune mai mare, egală sau mai mică decât tensiunea de intrare; tensiunea de ieșire din SEPIC este controlată de ciclul de funcționare al tranzistorului de comandă.

Un SEPIC este similar cu un convertor tradițional Buck-Boost , dar are avantajul că ieșirea nu este inversată (tensiunea de ieșire are aceeași polaritate ca tensiunea de intrare), că are o izolație între intrare și ieșire (furnizată de un condensator în serie) și un mod de oprire adevărat: când comutatorul este S1 este deschis, ieșirea acestuia scade la 0 volți.

SEPIC-urile sunt utile în aplicații în care o tensiune de intrare de la o baterie poate fi mai mare sau mai mică decât ceea ce doriți să aveți la ieșire. De exemplu, o baterie cu litiu se descarcă de obicei de la 4,2 volți la 3 volți; dacă trebuie să alimentați un circuit electric care necesită 3,3 volți, puteți utiliza un SEPIC.

Figura 1: Schema SEPIC.

Funcționarea circuitului

Diagrama schematică a SEPIC este ilustrată în figura 1. În ceea ce privește celelalte surse de alimentare de comutare (și în special pentru convertoarele DC-DC ), SEPIC face schimb de energie între inductori și condensatori pentru a converti o tensiune în alta. Cantitatea de energie schimbată este controlată de comutatorul S1, care este de obicei un tranzistor, cum ar fi un MOSFET ; MOSFET-urile au o rezistență de intrare mult mai mare și o cădere de tensiune mai mică decât tranzistoarele bipolare și nu necesită un curent de polarizare (în MOSFET-urile comutarea este controlată prin variația tensiunii, spre deosebire de cazul tranzistoarelor bipolare, numite și BJT, în care curentul de bază este variat).

Funcționare continuă

Un SEPIC este în modul continuu (sau „ modul de conducere continuă ”) dacă curentul care trece prin inductor L1 nu ajunge niciodată la zero. În timpul funcționării în regim stabil, tensiunea medie a condensatorului C1 (V C1 ) este egală cu tensiunea de intrare (V IN ). Deoarece condensatorul C1 blochează curentul continuu (DC), curentul mediu care curge prin el (I C1 ) este zero, singura sursă de curent pentru sarcină este inductorul L2. Prin urmare, curentul mediu prin inductor L2, I L2 , este același cu curentul mediu al sarcinii și, prin urmare, independent de tensiunea de intrare.

Cu referire la tensiunile medii, se poate scrie următoarea ecuație:

Deoarece tensiunea medie a lui V C1 este egală cu V IN rezultă că: V L1 = -V L2 . Din acest motiv, cei doi inductori pot fi înfășurați pe același miez. Deoarece tensiunile sunt egale ca mărime, efectele lor de inductanță reciprocă sunt zero atâta timp cât polaritatea înfășurărilor este corectă. De asemenea, deoarece tensiunile sunt egale în mărime, curenții de undă ai celor două inductori sunt egali.

Curenții medii pot fi rezumați după cum urmează:

Când comutatorul S1 este închis, I L1 crește și curentul I L2 crește în direcția negativă. (crește în direcția opusă direcției indicate de săgeată). Energia pentru creșterea curentului I L1 provine de la sursa de intrare. Deoarece S1 este un „scurt” când este închis, iar tensiunea instantanee V C1 este de aproximativ V IN , tensiunea V L2 este de aproximativ -V IN . Prin urmare, condensatorul C1 furnizează energia pentru a crește magnitudinea curentului în I L2 și astfel crește energia stocată în L2. Cel mai simplu mod de a vizualiza acest lucru este să luați în considerare tensiunile de polarizare a circuitului într-o stare DC și apoi să închideți S1.

Figura 2: Cu S1 închis, curentul care trece prin L1 (în verde) crește și C1 se descarcă prin creșterea curentului în L2 (în roșu).

Când comutatorul S1 este deschis, curentul I C1 devine același cu I L1 deoarece inductoarele nu pot avea schimbări instantanee de curent. Curentul I L2 continuă să curgă în direcția negativă și, de fapt, nu inversează direcția. Din diagramă se poate observa că curentul negativ I L2 este adăugat curentului I L1 și este transferat la sarcină. Din legea lui Kirchhoff pentru curenți rezultă că I D1 = I C1 -I L2 . Prin urmare, se poate concluziona că, în timp ce S1 este deschis, puterea este furnizată sarcinii atât de curenții L1, cât și L2. În timpul ciclului „off” (S1 deschis) C1 este încărcat de L1 și va reîncărca L2 în timpul următorului ciclu „on” (S1 închis).

Figura 3: Cu S1 deschis, curentul prin L1 (în verde) și curentul prin L2 (în roșu) generează curentul pe sarcină.

Deoarece tensiunea pe C1 se poate inversa cu fiecare ciclu, ar trebui utilizat un condensator nepolarizat. În unele cazuri, totuși, se poate utiliza un condensator de tantal polarizat sau un condensator electrolitic deoarece tensiunea pe C1 nu se schimbă dacă întrerupătorul rămâne închis pentru mai puțin de jumătate de ciclu de rezonanță cu inductor L2 [1] și în acel moment curentul din inductorul L1 ar putea fi foarte mare.

Condensatorul C IN este necesar pentru a reduce efectul inductanței parazite și a rezistenței interne a sursei de alimentare (nu este prezentat în figuri). Comportamentul boost / buck al SEPIC este posibil datorită prezenței condensatorului C1 și a inductorului L2. Inductorul L1 și comutatorul S1 creează un convertor de creștere standard care generează o tensiune (V S1 ) mai mare decât V IN , cu amplitudine determinată de ciclul de funcționare al S1. Deoarece tensiunea medie pe C1 este V IN , tensiunea de ieșire (V O ) este V S1 -V IN . Dacă V S1 este mai mic decât dublu de V IN , tensiunea de ieșire va fi mai mică decât tensiunea de intrare. Dacă V S1 este mai mare decât de două ori V IN , tensiunea de ieșire va fi mai mare decât tensiunea de intrare.

Funcționare discontinuă

Un SEPIC este într-un mod discontinuu dacă curentul prin inductor L1 poate scădea la zero.

Fiabilitate și eficiență

Scăderea tensiunii și timpul de comutare al diodei D1 sunt esențiale pentru fiabilitatea și eficiența SEPIC. Dioda trebuie să fie extrem de rapidă pentru a nu genera vârfuri de înaltă tensiune pe inductoare, ceea ce poate cauza defecte. Se poate folosi o diodă rapidă sau o diodă schottky .

Rezistențele din inductoare și condensatoare afectează eficiența și prezența ondulației la tensiunea de ieșire. Utilizarea inductoarelor cu rezistență redusă reduce energia disipată în căldură, îmbunătățind eficiența (mai multă putere de intrare este transferată la sarcină). Condensatoarele cu rezistență de serie echivalentă scăzută ( ESR scăzut ) ar trebui utilizate pentru C1 și C2 pentru a minimiza ondularea și a reduce disiparea căldurii, în special în C1 unde curentul schimbă adesea direcția.

Notă

  1. ^ (EN) Designing A SEPIC Converter - Application Application 1484 (PDF), on ti.com, National Semiconductor , 30 aprilie 2008, 8. Accesat la 18 aprilie 2010.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Electronică Portal electronic : accesați intrările Wikipedia referitoare la electronică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=SEPIC_Converter&oldid=121885287 ”