單端初級電感轉換器（SEPIC）是一種DC-DC電壓轉換器（“穩壓器”），能夠升壓（“升壓”）和降壓（“降壓”）輸入電壓;當硅電壓要求高于電池的低電壓范圍時，從電池獲得最大容量的有用特性。

傳統的降壓/升壓轉換器也可以做到這一點，但SEPIC具有許多優于傳統電壓的優勢。對方。本文介紹了SEPIC電壓調節器拓撲結構及其優點，并回顧了一些最新的基于SEPIC的電源模塊。

最大化電池容量

電池放電時，其輸出電壓會降低。例如，單個鋰離子（LI-ion）電池在完全充電時提供4.2 V電壓，在放電點結束時降至3 V.圖1顯示了在0.2 C負載下的鋰離子放電曲線（其中C是電池額定容量，以安培 - 小時為單位。因此預計電池在此負載下可持續使用5小時。）

圖1：鋰離子電池的放電曲線（由德州儀器提供）。用于移動產品的DC-DC穩壓器旨在將電池（可變）電壓轉換為適合敏感硅的恒定電壓。線性穩壓器使用可變電阻器作為分壓器，并通過反饋環路提供調節（參見TechZone文章“了解線性穩壓器的優點和缺點”）。

線性穩壓器可以很好地工作到接近電池的位置輸出等于硅所需的電壓。然而，線性穩壓器只能降壓（“降壓”）輸入電壓，因此根據穩壓器的壓差電壓，電路將停止工作在略高于硅所要求的電壓。雖然現代“低壓差”（LDO）芯片可以最大限度地減小這種電壓差，但是沒有線性穩壓器可以在輸入電壓低于其輸出的情況下工作。

德州儀器（TI）提供的TPS7A3401是一款LDO穩壓器，可以產生從3到20 V電源輸出1.18到18 V.穩壓器可提供高達200 mA的輸出電流，并具有0.5 V（200 mA）的電壓壓降。

線性穩壓器的“僅降壓”配置在便攜式系統中可能是一個缺點，因為產品停止運行當電池仍有一些容量時。例如，如果硅需要3.3 V，則在圖3所示條件下運行的電池供電的產品將在超過三小時后（而不是從其標稱容量計算的五小時）“耗盡”。

開關DC-DC電壓調節器更靈活。在某些配置中，當電池電壓降至臨界電壓以下時，開關穩壓器能夠從降壓轉換為升壓（“升壓”）模式。模式改變后，穩壓器的輸出將高于輸入電壓，為硅提供恒定電壓，同時最大化電池容量。

這種器件的一個例子是安森美半導體的NCP3064降壓/升壓開關 - 電壓調節器。該芯片可在1.25至40 V輸入電壓下工作，在高達1.5 A的電流下提供3至40 V輸出。峰值效率為90％。

SEPIC的優勢

典型的開關轉換器降壓/升壓配置如圖2所示。輸出電壓是脈沖寬度調制串的占空比和輸入電壓的乘積。這種類型的器件因其高效率而在電池供電應用中很受歡迎。

圖2：非隔離降壓/升壓開關電壓調節器拓撲結構（由Linear Technology提供）。1

基本降壓/升壓拓撲結構的一個關鍵特性是負載電壓與電池輸出電壓相比發生反轉。這種電壓反轉會增加設計的復雜性，特別是在提供模擬元件時相比之下，SEPIC穩壓器基于降壓/升壓設計，但增加了額外的電感和電容。此外，初級電感的一端連接到電池正極端（因此為SEPIC的名稱）。電容器阻止輸入和輸出之間的任何直流分量。添加此電容意味著必須添加第二個電感，以便二極管的陽極可以連接到已知電位。這是通過第二個電感將二極管連接到地來實現的。由于在整個開關周期內將相同的電壓施加到電感器，一些設計看到兩個電感器都纏繞在同一個磁芯上，具有減少元件數量和更緊湊的設計。

SEPIC配置（圖3）保留了降壓/升壓拓撲結構對電池供電設計的優勢，但主要優點是SEPIC的輸出電壓與輸入極性相同。

圖3：SEPIC開關電壓調節器拓撲結構（由Linear Technology提供）。

SEPIC設計具有許多其他優點。首先，電容器將輸入與輸出之間的能量耦合，使器件能夠以比傳統降壓/升壓設計更受控制的方式處理短路。其次，當開關關閉時，SEPIC穩壓器的輸出與降壓/升壓配置不同，降至0 V.第三，SEPIC設計使用最少的有源元件，并由簡單的控制器監控，從而節省了成本和電路板空間。最后，由于SEPIC穩壓器使用“鉗位”開關波形，因此其高頻開關操作降低了噪聲，從而減輕了電磁干擾的挑戰。2

SEPIC拓撲結構最顯著的缺點是效率降低額外的寄生電容和與額外電容和電感相關的阻抗。效果的大小因應用而異，但典型的降壓/升壓器件效率可高達92％，相當于SEPIC的峰值效率約為90％。

采購SEPIC模塊

與傳統的降壓/升壓同類產品一樣，基于模塊化電源管理芯片的SEPIC-穩壓器來自眾多供應商。這些模塊將開關穩壓器的關鍵組件集成到單個芯片中，從而減輕了電路設計的一些挑戰。但是，通常情況下，此類模塊不包括電感器和電容器（請參閱TechZone文章“電感器在完成基于功率模塊的解決方案中的作用”）。建議工程師采購專為SEPIC操作而設計的模塊，然后按照制造商的應用說明選擇和設計適當的外部元件。

凌力爾特公司提供專為SEPIC操作而設計的LT3467。該器件可從2.4至16 V的輸入產生1.255至40 V的輸出。最大電流輸出為1.1 A，器件可實現高達90％的效率（VIN = 4.2 V，VOUT = 5.0 V，IOUT 300 mA） 。）圖4顯示了LT3467的應用電路。

圖4：Linear Technology LT3467 SEPIC應用電路。

就其本身而言，TI為SEPIC配置提供TPS61170。該模塊的輸出電壓范圍為3至38 V，輸入電壓范圍為3至18 V.該器件的工作頻率為1.2 MHz，最高可提供1.2 A.效率也約為90％（VIN = 5時） V，VOUT = 12 V，IOUT = 150 mA。）

SEPIC電壓調節器是非隔離電池供電系統的理想選擇。該拓撲結構能夠降低和提升電壓，與傳統降壓/升壓穩壓器不同，它提供非反相和零電壓輸出。