Двухтактный преобразователь SEPIC имеет меньшее значение тока через выходные конденсаторы, что улучшает надежность.
В устройствах преобразования постоянного тока в которых входное напряжение может быть как меньше, так и больше выходного, можно использовать как обратноходовые преобразователи, так и SEPIC (однотактный индуктивный преобразователь). Преобразователи SEPIC имеют меньшие пульсации входного тока и более высокую эффективность, чем обратноходовые преобразователи. Оба преобразователя обладают относительно высоким уровнем пульсации выходного тока, особенно при высоком токе нагрузки и малом входном напряжении.
При увеличении пульсаций выходного тока, необходимо использовать фильтрующие конденсаторы большей емкости, сто увеличивает размер и стоимость. При использовании многофазного SEPIC или инвертора обратного хода можно уменьшить пульсации выходного напряжения и тока без увеличения стоимости и размера блока. Использование многофазного обратноходового преобразователя также значительно уменьшает пульсации входного тока.
Чтобы исследовать преимущества двухтактного SEPIC перед однотактным, в данной дизайн-идее сравнивается две схемы, работающие с частотой переключения 300 кГц. Для корректности результатов сравнения, в обоих примерах используются одни и те же силовые компоненты, что приводит к вдвое большей выходной мощности для двухтактного преобразователя.
Схема однофазного преобразователя SEPIC работает при выходном токе 3 A (рис.1). Как правило, преобразователи SEPIC на 1…2% более эффективны, чем инверторы обратного хода. На рис.2 показан ток через выходной диод (нижняя кривая) при минимальном значении входного напряжения и максимальном значении выходного тока и пульсации выходного тока (верхняя кривая). Выходной конденсатор схемы должен быть рассчитан на пиковый ток выходного диода величиной 14 А.
Даже при использовании четырех выходных конденсаторов с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), пульсации выходного напряжения все еще имеют величину 110 мВ от пика до пика. Алюминиевый выходной конденсатор, COUT2, не может помочь в уменьшении пульсаций выходного тока поскольку обладает большим эффективным последовательным сопротивлением. Конденсатор COUT2 помогает, главным образом, уменьшить переходные процессы в нагрузке, добавляя распределенную емкость к выходным выводам.
На рис.3 показан двухфазный преобразователь, который полностью эквивалентен однофазному преобразователю на рис.1, за исключением добавления силового модуля для второй фазы, который идентичен имеющемуся в однофазной схеме. Вторая фаза в два раза уменьшает токи через катушки индуктивности, MOSFET-транзисторы и выходные диоды. На 50% меньшие токи через выходные транзисторы приводят к уменьшению на 50% пульсаций выходного тока (рис.4). Кроме того, удваивается частота пульсаций выходного тока, что делает более простой фильтрацию выходного напряжения дополнительным LC фильтром, если это необходимо.
Преимущества использования двухтактного преобразователя становятся очевидными при рассмотрении пульсаций тока в выходном конденсаторе (рис.5). Пульсации тока через выходной конденсатор всегда будут меньше, чем для однотактного преобразователя. В зависимости от скважности импульсов, ток пульсаций через выходной конденсатор может стать равным 0А при коэффициенте заполнения 50%. При этом все еще остается пульсация тока, проходящего через катушку индуктивности и ее можно уменьшить, использовав катушку с большей индуктивностью.
В схеме двухтактного преобразователя можно использовать меньшие катушку индуктивности, MOSFET-транзисторы, выходные диоды и выходные конденсаторы, чем использовались для однотактного преобразователя такой же мощности. Поскольку для изготовления мощного преобразователя может понадобиться более одного мощного MOSFET-транзистора, для перевода однотактного преобразователя в двухтактный, в итоге, может потребоваться добавление всего лишь одной дополнительной маленькой катушки индуктивности и одного маленького диода.
Выходные LC-фильтры также могут быть меньше, поскольку произойдет удвоение частоты выходных пульсаций. В заключение, уровень электромагнитных помех у двухфазного SEPIC-преобразователя должен быть меньше, чем у однофазного преобразователя, из-за меньшей скорости изменения тока и меньших токовых петель.
