在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，寬輸入電壓范圍的應(yīng)用場景越來越普遍。例如，汽車電子、分布式電源和電池供電設(shè)備等，通常需要從一個(gè)變化較大的總線電壓中生成穩(wěn)定的輸出電壓。這種需求促使工程師們尋找一種靈活且高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案。代理銷售ADI旗下全系列IC電子元器件-中芯巨能分享基于ADI(亞德諾)LT1961的單電感升壓型SEPIC（Single-Ended Primary Inductor Converter）設(shè)計(jì)，并分析其在寬輸入電壓范圍應(yīng)用中的性能優(yōu)勢。

寬輸入電壓范圍的挑戰(zhàn)與解決方案

許多應(yīng)用的工作電壓位于總線電壓范圍的中間值，例如汽車電子系統(tǒng)中常見的12V工作電壓，而其總線電壓范圍可能在4V至18V之間波動(dòng)。在這種情況下，傳統(tǒng)的降壓或升壓轉(zhuǎn)換器無法同時(shí)滿足高低輸入電壓的需求。回掃拓?fù)浜偷湫蚐EPIC設(shè)計(jì)雖然能夠應(yīng)對這一問題，但它們通常需要使用變壓器，這不僅增加了電路的高度，還對布局設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

為了解決這些問題，本文提出了一種基于兩個(gè)扁平電感器和一個(gè)SEPIC耦合電容器的設(shè)計(jì)方案。該方案通過耦合電容器在兩個(gè)電感器之間轉(zhuǎn)移能量，從而避免了使用變壓器。這種設(shè)計(jì)不僅簡化了電路結(jié)構(gòu)，還顯著降低了整體高度，非常適合空間受限的應(yīng)用。

LT1961 SEPIC設(shè)計(jì)的核心特性

LT1961是一款1.25MHz、電流模式控制的單片升壓型轉(zhuǎn)換器，其峰值開關(guān)電流可達(dá)1.5A。它支持3V至20V的寬輸入電壓范圍，并能提供穩(wěn)定的5V或12V輸出電壓，最大高度僅為3mm。這種設(shè)計(jì)充分利用了陶瓷電容器和小型化元件的優(yōu)勢，使得整個(gè)電路既緊湊又高效。

3V至20V輸入、5V輸出設(shè)計(jì)

圖1展示了一個(gè)基于LT1961的SEPIC電路，其輸入電壓范圍為3V至20V，輸出電壓固定為5V。該電路的輸出電流能力隨輸入電壓的變化而改變。例如，在3V輸入時(shí)，負(fù)載電流可高達(dá)410mA；而在20V輸入時(shí)，負(fù)載電流可達(dá)到830mA。耦合電容器的選擇至關(guān)重要，它需要足夠大以處理初級側(cè)和次級側(cè)之間的RMS波紋電流，同時(shí)保持良好的穩(wěn)壓性能和最大輸出功率。

圖1

LT1961采用的電流模式控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和10μF的小型陶瓷輸出電容器，能夠在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供優(yōu)越的瞬態(tài)響應(yīng)。此外，通過優(yōu)化高△I/△t不連續(xù)電流通路的布局（如圖1中粗線所示），可以有效減少開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓尖峰，從而提高系統(tǒng)的可靠性和效率。

4V至18V輸入、12V輸出設(shè)計(jì)

對于需要12V輸出的應(yīng)用（如汽車電子系統(tǒng)），LT1961同樣表現(xiàn)出色。圖2展示了一個(gè)4V至18V輸入、12V輸出的SEPIC電路，適用于冷啟動(dòng)等極端條件下的穩(wěn)態(tài)工作電壓。該設(shè)計(jì)的最大負(fù)載電流隨輸入電壓升高而增加。例如，在12V輸入時(shí)，負(fù)載電流可達(dá)500mA；而在18V輸入時(shí)，負(fù)載電流可高達(dá)600mA。

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圖2

續(xù)流二極管的額定反向擊穿電壓為40V，足以承受開關(guān)斷開期間感應(yīng)的電壓（等于輸入電壓與輸出電壓之和）。LT1961的最大額定開關(guān)電壓為35V，因此即使在18V輸入條件下也能安全運(yùn)行。此外，通過合理布置兩個(gè)電感器的位置，可以進(jìn)一步優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，滿足嚴(yán)格的尺寸限制。

效率與性能分析

如圖3所示，LT1961的SEPIC設(shè)計(jì)效率通常高于75%，最高可達(dá)80%。這一指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)12V SEPIC的平均水平，甚至接近某些價(jià)格和尺寸相近的降壓型轉(zhuǎn)換器解決方案。圖4展示了不同輸入電壓條件下的峰值電感器電流和最大負(fù)載電流，驗(yàn)證了LT1961在寬輸入電壓范圍內(nèi)的卓越性能。

圖3

圖4

LT1961的SEPIC設(shè)計(jì)方案以其小巧的尺寸、簡單的結(jié)構(gòu)和高效的性能，成為寬輸入電壓范圍應(yīng)用的理想選擇。它通過使用兩個(gè)扁平電感器和陶瓷電容器，成功避免了傳統(tǒng)SEPIC設(shè)計(jì)中對外形較高的變壓器的依賴，同時(shí)提供了優(yōu)異的布局靈活性和成本效益。無論是汽車電子、分布式電源還是其他空間受限的應(yīng)用，LT1961都能為工程師提供一種可靠的解決方案，幫助他們在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)更高的效率和更小的尺寸。如需LT1961產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。