Convertidor SEPIC

SEPIC significa "convertidor de inductor primario de un solo extremo" , un tipo de convertidor DC - DC que permite tener en su salida una tensión mayor, igual o menor que la entrada; la tensión de salida en el SEPIC es controlada por el ciclo de trabajo del transistor de control. Un SEPIC es similar a un convertidor tradicional buck-boost, pero tiene la ventaja de tener la salida no se invierte (la tensión de salida tiene la misma polaridad de la tensión de entrada), tiene aislamiento entre la entrada y la salida (suministrada por un condensador en serie) y un modo de apagado verdadero : cuando el interruptor S1 está abierto, su salida cae a 0 voltios. Los SEPIC son útiles en aplicaciones en las que un voltaje de entrada de una batería puede ser mayor o menor que el que desea tener en la salida. Por ejemplo, una batería de litio normalmente se descarga de 4,2 voltios a 3 voltios; si tiene que alimentar un circuito eléctrico que requiere 3,3 voltios, puede usar un SEPIC.

La cantidad de energía intercambiada es controlada por el interruptor S1, que es típicamente un transistor como un MOSFET, el MOSFET tiene una resistencia de entrada muy alta, y un voltaje menor que el transistor bipolar y no requieren una corriente de polarización (en el MOSFET, la conmutación se controla variando un voltaje, en contraste con el caso de los transistores bipolares, también conocidos como BJT, que varía la corriente basar) El diagrama básico de SEPIC se muestra en la Figura 1. Al igual que con otras fuentes de alimentación conmutadas (y especialmente convertidores DC - DC), SEPIC intercambia energía entre inductores y condensadores para convertir un voltaje en otro. Un SEPIC está en modo de conducción continua si la corriente que pasa a través del inductor L1 nunca va a cero. Durante el funcionamiento en condiciones estacionarias, la tensión media del condensador C1 (V C1) es igual a la tensión de entrada (V IN). Dado que el condensador C1 bloquea la corriente continua (DC), la corriente promedio que corre a través de él (I C1) es cero, la única fuente de corriente para la carga es el inductor L2. Entonces la corriente media a través del inductor L2, I L2, es la misma corriente media que la carga y por lo tanto independiente de la tensión de entrada. Con referencia a los voltajes promedio, se puede escribir la siguiente ecuación: dado que el voltaje promedio de V C1 es igual A V, resulta que: V L1 = - V L2. Por esta razón, los dos inductores se pueden enrollar en el mismo núcleo. Dado que los voltajes son iguales en magnitud, sus efectos de inductancia mutua son cero, siempre que la polaridad de los devanados sea correcta. Además, dado que los voltajes son iguales en magnitud, las corrientes de ondulación de los dos inductores son iguales. Las corrientes medias se pueden escribir en resumen de la siguiente manera: cuando el interruptor S1 está cerrado, I L1 aumenta y la corriente I L2 aumenta en la dirección negativa. (aumenta en la dirección opuesta a la dirección indicada por la flecha). La energía para aumentar la corriente I L1 proviene de la fuente de entrada. Dado que S1 es un "cortocircuito" cuando está cerrado, y el voltaje instantáneo V C1 es aproximadamente V en, el voltaje V L2 es aproximadamente - V en. Por lo tanto, el condensador C1 proporciona la energía para aumentar la magnitud de la corriente en I L2 y así aumentar la energía almacenada en L2. La forma más fácil de ver esto es considerar los voltajes de polarización del circuito en un estado de CC y luego cerrar S1. Cuando el interruptor S1 está abierto, la corriente I C1 se convierte en la misma I L1 porque los inductores no pueden tener cambios de corriente instantáneos. La corriente I L2 continúa fluyendo en la dirección negativa y de hecho nunca invierte la dirección. Del diagrama se puede ver que la corriente negativa I L2 se agrega a la corriente I L1 y se transfiere a la carga. De la Ley de Kirchhoff para las corrientes resulta que I D1 = I C1-I L2. Entonces se puede concluir que, mientras S1 está abierto, la potencia es suministrada a la carga por las corrientes de L1 y L2. Durante el ciclo "off" (S1 abierto) C1 se carga por L1 y se recargará L2 durante el próximo ciclo "on" (S1 cerrado). Dado que el voltaje en los extremos de C1 puede invertirse con cada ciclo, se debe usar un condensador no polarizado. En algunos casos, sin embargo, se puede usar un condensador de tantalio polarizado o un condensador electrolítico porque el voltaje en los extremos de C1 no cambia si el interruptor permanece cerrado durante menos de la mitad de un ciclo de resonancia con el inductor L2 y en ese momento la corriente en el inductor L1 podría ser muy grande. El condensador C IN es necesario para reducir el efecto de la inductancia parasitaria y la resistencia interna de la fuente de alimentación (no se muestra en las figuras). El comportamiento boost / buck del SEPIC es posible debido a la presencia del condensador C1 y el inductor L2. El inductor L1 y el interruptor S1 crean un convertidor de impulso estándar que genera un voltaje (V S1) mayor que V IN, de amplitud determinada por el ciclo de trabajo de S1. Puesto que el voltaje medio en las cabezas de C1 es V adentro, el voltaje de salida (V O) es V S1-V adentro. Si V S1 es menos de dos veces V en el voltaje de salida será menor que el voltaje de entrada. Si V S1 es más grande que dos veces V adentro, el voltaje de salida será más grande que el voltaje de entrada. Un SEPIC está en modo discontinuo si la corriente a través del inductor L1 puede caer a cero.

La caída de voltaje y el tiempo de conmutación del diodo D1 son críticos para la confiabilidad y eficiencia del SEPIC. El diodo debe ser extremadamente rápido para no generar picos de alto voltaje (" picos ") en las cabezas de los inductores, que pueden generar fallas. Puedes usar un diodo rápido o un schottky. Las resistencias en inductores y condensadores afectan la eficiencia y la presencia de ondulación en el voltaje de salida. El uso de inductores con baja resistencia reduce la energía disipada en calor, mejorando la eficiencia (una mayor parte de la potencia de entrada se transfiere a la carga). Los condensadores con baja resistencia equivalente en serie (ESR bajo) deben usarse para C1 y C2 para minimizar la ondulación y reducir la disipación de calor, especialmente en C1 donde la corriente a menudo cambia de dirección.

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