싱글 엔드 프라이머리 인덕터 컨버터

싱글 엔드 프라이머리 인덕터 컨버터(SEPIC)는 DC/DC 컨버터의 일종으로 출력 전위(전압)가 입력 전위보다 크거나 작거나 같게 합니다.SEPIC의 출력은 컨트롤 스위치의 듀티 사이클(S1)에 의해 제어된다.

SEPIC는 기본적으로 부스트 컨버터이며 그 다음에 역버크 부스트 컨버터가 이어집니다.따라서 기존의 버크 부스트 컨버터와 비슷하지만 비반전 출력(출력은 입력과 동일한 전압 극성을 가지며)을 갖추고 직렬 캐패시터를 사용하여 입력에서 출력으로 에너지를 결합할 수 있다는 장점이 있습니다(따라서 m에 응답할 수 있습니다).스위치 S1이 충분히 꺼지면 출력(V₀)이 0V로 떨어지며 상당히 큰 과도전하 ^[1]덤프가 발생합니다.

SEPIC는 배터리 전압이 규제자의 의도된 출력보다 높거나 낮을 수 있는 애플리케이션에서 유용합니다.예를 들어 단일 리튬 이온 배터리는 일반적으로 4.2V에서 3V로 방전됩니다. 다른 구성 요소가 3.3V를 필요로 하는 경우 SEPIC가 효과적입니다.

회로 동작

기본 SEPIC의 개략도는 그림 1과 같다.다른 스위치 모드 전원 장치(특히 DC-DC 컨버터)와 마찬가지로 SEPIC는 한 전압에서 다른 전압으로 변환하기 위해 캐패시터와 인덕터 간에 에너지를 교환합니다.교환되는 에너지의 양은 일반적으로 MOSFET와 같은 트랜지스터인 스위치 S1에 의해 제어됩니다.MOSFET는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)보다 훨씬 높은 입력 임피던스와 낮은 전압 강하를 제공하며, MOSFET 스위칭은 BJT와 같이 전류가 아닌 전압의 차이로 제어되므로 바이어스 저항이 필요하지 않습니다..

연속 모드

SEPIC는 동작 사이클 중에 인덕터 L1, L2를 통과하는 전류가 0이 되지 않으면 연속 컨피규레이션 모드("연속 모드")라고 한다.SEPIC 정상상태 동작 중 캐패시터 C1(V_C1) 전체의 평균전압은 입력전압(V_in)과 동일합니다.캐패시터 C1은 직류(DC)를 차단하므로 캐패시터 C1을 통과하는 평균 전류(I_C1)는 0이므로 인덕터 L2가 DC 부하 전류의 유일한 소스가 됩니다.따라서 인덕터 L2(I_L2)의 평균전류는 평균부하전류와 동일하므로 입력전압과는 무관합니다.

평균 전압을 살펴보면 다음과 같이 기록될 수 있습니다.

$\displaystyle V_{IN}=V_{L1}+V_{C1}+V_{L2}}$

V의_C1 평균 전압은 V와_IN 같기 때문에_L1 V = -V입니다_L2.이 때문에, 2개의 인덕터는 같은 코어에 감길 수 있습니다.이것은 변압기 절연 SMPS 토폴로지 중 가장 기본적인 플라이백컨버터와 비슷해지기 시작합니다.전압은 크기가 같기 때문에 권선의 극성이 올바르면 상호 인덕턴스에 미치는 영향은 0이 됩니다.또한 전압은 크기가 같기 때문에 두 인덕터로부터의 리플 전류는 크기가 같아집니다.

평균 전류는 다음과 같이 합계할 수 있습니다(평균 캐패시터 전류는 0이어야 함).

$({displaystyle I_{D1}=I_{L1}-I_{L2}})$

스위치 S1을 켜면 전류_L1 I가 증가하고 전류_L2 I가 음이 됩니다.(수학적으로 화살표 방향으로 인해 감소합니다.)전류_L1 I를 증가시키는 에너지는 입력 소스에서 나옵니다.S1은 닫힘 상태에서 짧은 시간이고 순간전압_L1 V는 약_IN V이므로 전압_L2 V는 약 -V이다_C1.따라서 D1이 개방되고 콘덴서 C1이 에너지를 공급하여 I 내_L2 전류의 크기를 증가시켜 L2에 축적된 에너지를 증가시킨다.저는_L C2에서 공급받고 있습니다.이를 시각화하는 가장 쉬운 방법은 직류 상태에서 회로의 바이어스 전압을 고려한 후 S1을 닫는 것이다.

스위치 S1을 끄면 인덕터는 전류의 순간적인 변화를 허용하지 않기 때문에_C1 전류 I는_L1 전류 I와 같아진다.전류는_L2 음의 방향으로 계속 흐를 것입니다. 사실 방향은 절대 반전되지 않습니다.부하에 전달되는 전류를 증가시키기 위해 전류 I에_L1 음수를_L2 더하는 것을 다이어그램에서 알 수 있습니다.키르히호프의 전류 법칙을 사용하면 I = I_C1 - I라는_L2 것을_D1 알 수 있습니다.그 결과, S1이 꺼지는 동안 L2와 L1 양쪽에서 부하로 전력이 공급되지만, 이 오프 사이클(L1과 L2에 의한 C2로서 L1에 의해 충전됨) 중에는 L1에 의해 충전되고 다음 온 사이클 동안 L2를 충전하게 됩니다.

캐패시터 C1의 전위(전압)는 사이클마다 반전될 수 있으므로 비편광 캐패시터를 사용해야 합니다.단, 인덕터 L2와의 공진 반주기 동안 스위치를 닫지 않으면 콘덴서 C1의 전위(전압)가 변화하지 않고, 이때까지 인덕터 L1의 전류가 상당히 커질 수 있기 때문에 ^[2]편광 탄탈 또는 전해 콘덴서를 사용할 수 있다.

콘덴서_IN C는 이상적인 회로 해석에는 영향을 주지 않지만 실제 레귤레이터 회로에서는 전원 공급기의 기생 인덕턴스와 내부 저항의 영향을 줄이기 위해 필요합니다.

SEPIC의 부스트/버크 기능은 캐패시터 C1과 인덕터 L2에 의해 실현됩니다.인덕터 L1과 스위치 S1은 스위치 S1의 듀티 사이클에 의해 크기가 결정되는 V보다_IN 높은 전압(V_S1)을 생성하는 표준 부스트 컨버터를 작성한다.C1 전체의 평균 전압이 V이므로_IN 출력 전압(V_O)은_S1 V - V입니다_IN. V가 2배_IN V보다 작으면 출력 전압이_S1 입력 전압보다 낮아집니다.V가 2배_IN V보다 크면_S1 출력 전압이 입력 전압보다 커집니다.

불연속 모드

SEPIC는 동작 사이클 중에 인덕터 L1 또는 L2 중 하나를 통과하는 전류가 0으로 떨어지면 불연속 컨덕션 모드 또는 불연속 모드라고 한다.

신뢰성과 효율성

다이오드 D1의 전압 강하 및 전환 시간은 SEPIC의 신뢰성과 효율에 매우 중요합니다.다이오드의 전환 시간은 인덕터에 고전압 스파이크를 발생시키지 않기 위해 매우 빨라야 하며, 이로 인해 부품이 손상될 수 있습니다.고속 재래식 다이오드 또는 쇼트키 다이오드를 사용할 수 있다.

인덕터와 캐패시터의 저항은 컨버터 효율과 출력 리플에도 큰 영향을 미칠 수 있습니다.직렬 저항이 낮은 인덕터는 열로 방출되는 에너지가 줄어들어 효율성이 향상됩니다(입력 전력의 큰 부분이 부하로 전달됨).특히 전류가 자주 방향을 바꾸는 C1에서는 리플을 최소화하고 발열을 방지하기 위해 등가직렬저항(ESR)이 낮은 캐패시터를 C1 및 C2에 사용해야 합니다.

단점들

• 벅 부스트 컨버터와 마찬가지로 SEPIC에는 펄스 출력 전류가 있습니다.유사한 ć 변환기에는 이러한 단점이 없지만 분리된 ć 변환기를 사용하지 않는 한 음의 출력 극성만 가질 수 있습니다.
• SEPIC 컨버터는 모든 에너지를 직렬 캐패시터를 통해 전송하므로 높은 캐패시턴스와 전류 처리 능력을 가진 캐패시터가 필요합니다.
• 컨버터의 4차 특성도 SEPIC 컨버터를 제어하기 어렵게 하므로 매우 느린 다양한 애플리케이션에만 적합합니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 스위치 모드 전원 장치(SMPS)
  • DC-DC 컨버터
    • 벅 컨버터
    • 부스트 컨버터
    • 벅 부스트 컨버터
    • 플라이백 컨버터
    • ć크 컨버터

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