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SEPIC耦合电感回路电流在这篇《电源设计小贴士》中，我们将确定SEPIC 拓扑中耦合电感的一些漏电感要求。
在不要求主级电路和次级电路之间电气隔离且输入电压高于或者低于输出电压时，SEPIC 是一种非常有用的拓扑。
在要求短路电路保护时，我们可以使用它来代替升压转换器。
SEPIC 转换器的特点是单开关工作和连续输入电流，从而带来较低的电磁干扰(EMI)。
这种拓扑(如图1 所示)可使用两个单独的电感(或者由于电感的电压波形类似)，因此还可以使用一个耦合电感，如图所示。
因其体积和成本均小于两个单独的电感，耦合电感颇具吸引力。
其存在的缺点是标准电感并非总是针对全部可能的应用进行优化。
图1 SEPIC 转换器使用一个开关来升降输出电压这种电路的电流和电压波形与连续电流模式(CCM) 反向电路类似。
开启Q1 时，其利用耦合电感主级的输入电压，在电路中形成能量。
关闭Q1 时，电感的电压逆转，然后被钳制到输出电压。
电容C_AC 便为SEPIC 与反向电路的差别所在;Q1开启时，次级电感电流流过它然后接地。
Q1 关闭时，主级电感电流流过C_AC，从而增加流经D1 的输出电流。
相比反向电路，这种拓扑的一个较大好处是FET 和二极管电压均受到C_AC 的钳制，并且电路中很少有振铃。
这样，我们便可以选择使用更低的电压，并由此而产生更高功效的器件。
由于这种拓扑与反向拓扑类似，因此许多人会认为要求有一套紧密耦合的绕组。
然而，情况却并非如此。
图2 显示了连续SEPIC 的两个工作状态，其变压器已通过漏电感(LL)、磁化电感(LM) 和一个理想变压器(T) 建模。
经检查，漏电感的电压等于C_AC 的电压。
因此，较小值C_AC 或者较小漏电感的大AC 电压会形成较大的回路电流。
较大的回路电流会降低转换器的效率和EMI 性能，而这种情况是我们所不希望出现的。
减少这种大回路电流的一种方法是增加耦合电容(C_AC)。
但是，这样做是以成本、尺寸和可靠性为代价的。
课程设计说明书课程名称：电力电子课程设计设计题目：Sepic电路的建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：2009级电气（4）班学号：200930213291姓名：禤培正指导教师：郭红霞华南理工大学电力学院2013 年1 月课程设计任务书1．题目Sepic电路建模、仿真2．任务建立Sepic电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。
3．要求课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。
V1=20－40VV2=26VI0=0 ~ 1AF=50kH Z指导教师评语：指导教师：2013年月日目录1 Sepic电路分析 (1)1.1 Sepic电路简介 (1)1.2 原理分析 (1)1.3 电力运行状态分析 (2)2 Sepic电路各元件的参数选择 (7)2.1 Sepic电路参数初值 (7)2.2 电路各元件的参数确定 (7)3 控制策略的设定 (11)4 Matlab编程仿真 (12)4.1根据状态方程编写Matlab子程序 (12)4.2 求解算法的基本思路 (13)4.3 Matlab求解Sepic电路主程序 (15)5 通过分析仿真结果合理选取电路参数L1，L2，C1，C2 (18)5.1参数L1的确定 (18)5.2参数L2的确定 (20)5.3参数C1的确定 (21)5.4参数C2的确定 (22)5.5 采用校核后的参数仿真 (24)6 采用Matlab分析Sepic斩波电路的性能 (24)6.1 计算电感L2的电流I L2出现断续的次数 (24)6.2 纹波系数的计算 (25)6.3 电压调整率 (25)6.4 负载调整率 (26)6.5 电路的扰动分析 (27)7 参考文献 (30)1Sepic电路分析1.1Sepic电路简介Sepic斩波电路是开关电源六种基本DC/DC变换拓扑之一，是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DC/DC斩波电路。
SEPIC（Single Ended Primary Inductor Converter，单端初级感应变换器）是一种DC-DC变换器，用于将输入电压转换为较高或较低的稳定输出电压。
SEPIC变换器适用于宽输入电压范围和恒定输出电压的场合。
其具有以下优势：1. 可将输入电压升压或降压。
2. 输出和输入电压是同极性的。
3. 无需特殊组件，只需标准部件即可。
以下是设计SEPIC电路的常见步骤：1. 确认输入输出要求：首先确定输入电压范围、输出电压和输出电流。
这些参数将决定电路中部分元件的选择。
2. 选择开关元件：根据输入电压和输出电流选择开关元件（如MOSFET）。
开关元件应满足所需的电压和电流范围。
3. 选择控制器：根据输入输出要求和开关元件的选择，挑选合适的DC-DC变换控制器，如TI、ADI、Microchip等公司的系列产品。
控制器应支持SEPIC拓扑。
4. 确定电感值：根据控制器的指南、输入输出条件计算电感值。
在SEPIC电路中，通常需两个电感L1和L2。
它们之间有不同的耦合方式：非耦合电感、交叉耦合电感或是变压器。
5. 输出电容：选择一个满足输出电压、电流和电压纹波要求的输出电容。
6. 输入电容：选择适当的输入电容以满足控制器的稳定性和输入电压纹波要求。
7. 开关频率设置：根据控制器指南设置合适的开关频率，可以通过外接电阻等方式实现。
8. 断路保护：设计合适的过电压、过电流及短路保护，防止电路故障。
9. 布局和设计：根据所选器件设计电路图，并确保在实际布局中尽量减小开关电容和电感之间的距离，以减小EMI（电磁干扰）。
10. 测试与调试：搭建原型电路并测试输出电压，电流，效率等指标。
如果有问题，请检查电路元件并优化设计。
设计SEPIC电路需要综合考虑各种因素，如效率、稳定性和成本。
使用现成的参考设计和仿真软件可以方便快速地设计和优化电路。
根据实际应用，还可以对SEPIC电路进行优化，以满足特定要求。
SPEIC转换器的设计-器件参数的选择、计算1、介绍在SPEIC（单端初级电感转换器）设计中，输出电压可以低於或者高於输入电压。
图1所示的SPEIC使用两个电感L1和L2，这两个电感可以绕在同一个磁芯上，因为在整个开关周期内加在它们上面的电压是一样的。
使用耦合电感比起使用两个独立的电感可以节省PCB的空间并且可以降低成本。
电容Cs把输出和输入进行绝缘并且为负载短路提供保护。
图2和图3是SPEIC的电流流动方向和开关波形。
图1、SPEIC的结构图2、SPEIC电流流向（上∶Q1处於开期间；下∶Q1处於关期间）图3、SPEIC的开关波形（VQ1∶Q1漏源电压）2、电感的选择使纹波电流峰峰值为最小输入电压时最大输入电流的40％是一个确定电感值的好方法。
在数值相同的电感L1和L2中流动的纹波电流由下面公式算出∶电感值由下式计算∶Fsw为开关频率，Dmax是最小Vin时的占空比。
维持电感发挥作用的电感峰值电流还没有饱和，可由下式计算∶如果L1和L2绕在同一个磁芯上，因为互感作用上式中的电感值就可用2L代替。
电感值可这样计算∶3、功率MOSFET的选择最小阈值电压Vth（min）、导通电阻RDS(ON)、栅漏电荷QGD和最大漏源电压VDS（max）是选择MOSFET的关键参数。
逻辑电平或者子逻辑电平阈值MOSFET应该根据栅极电压使用。
峰值开关电压等於Vin＋Vout。
峰值开关电流由下式计算∶流过开关的RMS电流由下式给出∶MOSFET的散耗功率PQ1大概是∶PQ1，MOSFET总的功耗包括导通损耗（上式第一项）和开关损耗（上式第二项）。
Ig为栅极驱动电流。
RDS(ON)值应该选最大工作结温时的值，一般在MOSFET资料手册中给出。
要确保导通损耗加上开关损耗不会超过封装的额定值或者超过散热设备的极限。
4、输出二极体的选择选择能够承受峰值电流和反向电压的二极体。
在SPEIC中，二极体的峰值电流跟开关峰值电流IQ1peak相同。
sepic 共模电感SEPIC（Single Ended Primary Inductance Convertor）是一种常见的直流到直流转换器拓扑，共模电感是其重要组成部分之一。
共模电感在SEPIC中起到滤除差模电流噪声、抑制电磁干扰（EMI）的作用，同时也可以帮助提高电源系统的稳定性和可靠性。
下面将详细介绍SEPIC共模电感的工作原理、设计方法、优缺点以及应用场景。
一、工作原理SEPIC共模电感是一种利用磁芯制成的电感元件，它由一个线绕磁芯和一个线圈组成。
输入信号通过开关管和电容器进入磁芯，使磁芯中的电流发生变化。
由于磁芯的磁路未被饱和，因此磁芯中的电流产生的磁场将在线圈中感应出电动势。
这个电动势可以用来稳定输出电压，同时也可以用来降低输入电流的噪声。
在SEPIC中，共模电感主要起到以下作用：滤除差模电流噪声：在SEPIC中，输入电流和输出电流存在差模电流噪声。
共模电感可以将差模电流噪声转化为磁场能量，从而有效地滤除差模电流噪声。
抑制EMI：共模电感可以抑制SEPIC中的电磁干扰。
当SEPIC的开关管导通时，共模电感可以吸收电流变化的能量，减少电流谐波和电磁辐射，从而降低对其他电路和设备的影响。
提高电源稳定性：共模电感可以限制输入电流的变化率，从而减少输入电容的容量要求，提高电源系统的稳定性。
二、设计方法设计SEPIC共模电感时需要考虑以下几个方面：磁芯材料和形状：共模电感的磁芯材料和形状对电感值和磁场特性有很大的影响。
常用的磁芯材料包括铁氧体、坡莫合金和非晶材料等。
根据设计要求选择合适的磁芯材料和形状，可以优化电感和EMI 性能。
电感值和电流容量：根据SEPIC的转换效率和EMI要求，需要选择合适的电感值和电流容量。
电感值过小可能导致差模电流噪声无法滤除，而电感值过大可能影响电源系统的动态响应。
线圈绕法：线圈的绕法对共模电感的性能也有影响。
通常采用对称绕法或双线绕法，以确保线圈的平衡性和降低差模噪声。
SEPIC电路电感的选取1. 引言SEPIC（Single Ended Primary Inductor Converter）电路是一种常用的DC-DC变换器拓扑结构，它具有输入输出隔离、可调输出电压和反激保护等特点，在各种应用中被广泛使用。
在设计和实现SEPIC电路时，选择合适的电感是至关重要的一步。
本文将详细介绍SEPIC电路电感的选取方法和注意事项。
2. SEPIC电路简介SEPIC电路是一种非绝缘型升压/降压拓扑结构，可以实现输入与输出之间的隔离。
它由一个开关元件（如MOSFET）、两个串联的储能元件（如电感L1和L2）以及几个辅助元件（如二极管D1、D2和滤波电容C）组成。
SEPIC电路可以将输入直流电压转换为较高或较低的输出直流电压，且输出电压可调。
3. SEPIC电路工作原理当开关元件导通时，L1储存能量，并通过二极管D1向负载提供能量；当开关元件断开时，L2储存能量，并通过二极管D2向负载提供能量。
通过交替导通和断开，SEPIC电路可以实现输入与输出之间的能量转换。
4. SEPIC电路电感的选取方法在选择SEPIC电路的电感时，需要考虑以下几个因素：4.1. 输出功率和负载特性首先要确定所需的输出功率和负载特性。
根据输出功率和负载电流，可以计算出所需的平均电感电流。
这将有助于确定合适的电感值范围。
4.2. 开关频率开关频率对于选择合适的电感也是一个重要因素。
较高的开关频率通常需要较小的电感值，而较低的开关频率则需要较大的电感值。
4.3. 输入输出电压差输入输出之间的电压差也会影响到选择合适的电感。
较大的输入输出差异通常需要较大的电感值。
4.4. 磁芯材料和损耗选择合适的磁芯材料也是非常重要的一步。
不同材料具有不同的磁导率、饱和磁感应强度和损耗特性。
根据设计要求和性能指标，选择合适材料进行设计。
4.5. 预估电感值根据以上因素，可以预估出合适的电感值范围。
在实际设计中，可以选择最接近的标准电感值，并进行实际测试和调整。
摘要：本文首先介绍了磁性材料的特性，然后根据它的特性，讨论电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算方法，包括选用磁芯尺寸、气隙大小、线圈圈数和漆包线线径等。
关键词：锰锌铁氧体初始磁导率磁通密度饱和磁通密度功率损耗居里温度气隙考虑到一些工程技术人员对磁性材料及所涉及的计算公式不够熟悉，为便于展开讨论，本文从基础知识讲起，首先介绍在电子镇流器中常用的锰锌铁氧体磁性材料的一般特性和磁路的基本计算公式，然后，在此基础上，再讨论电感线圈计算中有关问题，包括磁芯尺寸、气隙大小、磁芯中的磁感应强度、磁芯损耗以及线圈的圈数和线径的计算等。
这些内容对于从事电子镇流器设计的人员无疑是很有用的。
一．锰锌铁氧体磁性材料的一般特性表征磁性材料的磁性参数有以下数种：1.初始磁导率μi初始磁导率是基本磁化曲线上起始点的磁感应强度B与磁场强度H之比。
任何一种磁性材料的初始磁导率可以按以下方法求得：用该材料做成截面积为A（cm2)的圆环，平均直径为D（cm)，在圆环上均匀分布绕线N匝，在LCR电桥（例如TH2811C数字LCR电桥）上，测出其电感为L（H），则可按下述计算公式求出其磁导率式中，Le、Ae分别代表磁芯磁路的有效长度及有效面积，如式（1）除以真空磁导率μ0（μ0=4π×10-7（H/m）），则得到相对初始磁导率，它可以表示为：式（1）、（2）中，L的单位为亨（H），D、有效长度Le的单位为cm，A、有效面积Ae的单位为cm2。
如D、A分别换用mm、mm2为单位，则式（2）中最后一项应换成1010。
公式（2）由于除以μ0，所以是无量纲的，一般在磁性材料的工厂手册中给出的初始磁导率，就是按式（2）求得的。
例1 有一个R5K材料磁环，其尺寸为外径12mm、内径6mm、厚4mm，试计算其相对初始磁导率。
解：在磁环上绕4匝线圈，测出其电感（用TH2811C数字LCR电桥在10kHz条件下测量电感）为53.1μH。
直接查厂家提供的数据表，查得磁环的有效磁路长度Le=26.1mm，有效截面积为11.3mm2。
S t e p 2. C a l c u l a t e T h e V a l u e o f L 2V = L d i /d t•V is the voltage applied to the inductor •L is the inductance•di is the inductor peak to peak ripple current •dt is the duration for which the voltage is applied L = V .d t /d i•dt = 1/Fs x D•dt = 1/(250 x 103) x 0.423 = 1.69µ-Sec •V = Vin during the switch ON time so;•L 2= 4.5 x (1.69 x 10-6/0.4)•L 2= 19µHR e s u l t :Using the nearest preferred value would lead to the selection of a 22 µH inductor.It is common practice to select the same value for both input and output inductors in SEPIC designs although when two separate parts are being used it is not essential.Introduction/Basic OperationThe single ended primary inductor converter (SEPIC) allows the output voltage to be greater than,less than,or equal to the input voltage in DC-DC conversion.Some typical applications include digital cameras,cellular phones,CD/DVD players,PDA’s and GPS systems.During the switch (SW)ON time the voltage across both inductors is equal to V in .When the switch is ON capacitor C p is connected in parallel with L 2.The voltage across L 2is the same as the capacitor voltage,-V in .Diode D 1is reverse bias and the load current is being supplied by capacitor C out .During this period,energy is being stored in L 1from the input and in L 2from C p .During the switch (SW) OFF time the current in L 1continues to flow through C p ,D 1and into C out and the load recharging C p ready for the next cycle.The current in L 2also flows into C out and the load,ensuring that C out is recharged ready for the next cycle.During this period the voltage across both L 1and L 2is equal to V out .The voltage across C p is equal to V in and that the voltage on L 2is equal to V out ,in order for this to be true the voltage at the node of C p and L 1must be V in + V out .The voltage across L 1is (V in +V out ) – V in = V out .Inductor Selection ProceduresCase 1: Two Separate Inductors A p p l i c a t i o n C o n d i t i o n s :•Input voltage (V in ) – 2.8V – 4.5V •Output (V out & I out ) – 3.3V,1A•Switching Frequency (F s ) – 250kHz •Efficiency - 90%S t e p 1. C a l c u l a t e T h e D u t y C y c l e :D = V o u t /(V o u t + V i n )The worst case condition for inductor ripple current is at maximum inputvoltage DD = 3.3/(3.3 + 4.5) = 0.423.The output inductor is sized to ensure that the inductor current iscontinuous at minimum load and that the output voltage ripple does not affect the circuit that the converter is powering.In this case we will assume a 20% minimum load thus allowing a 40% peak-to-peak ripple current in the output inductor L 2.V outFigure 1:Simple SEPIC CircuitV inL2SwitchC out+SDQ SeriesDRQ SeriesInductor Selection for SEPIC DesignsDual Winding Inductor SolutionsDual Winding SchematicsSeries ModeL1L1L2343Dual Inductor121L2L1L2434Parallel Mode212S t e p 3. C a l c u l a t e R M S a n d P e a k C u r r e n t R a t i n g s f o r B o t h I n d u c t o r s I n p u t I n d u c t o r L 1•I rms = (V out x I out )/(V in (min) * efficiency)•I rms = (3.3 x 1)/(2.8 x 0.9) = 1.31A •I peak = I rms + (0.5 x I ripple )•I ripple = (V.dt)/L•I ripple = (2.8 x 2.2 x 10-6)/22 x 10-6= 0.28A•I peak = 1.31 + 0.14 =1.45AAlthough worst case ripple current is at maximum input voltage the peak current is normally highest at the minimum input voltage.R e s u l t :22µH,1.31A rms and 1.45A pk rated inductor is required.For example the Coiltronics ®D R 73-220which has 1.62A rm s and 1.67A pk current ratings.O u t p u t I n d u c t o r L 2•I rms = I out = 1A•I ripple = (4.5 x 1.69 x 10-6)/22 x 10-6= 0.346A •I peak = 1 + 0.173 = 1.173AR e s u l t :A 22µH,1A rms and 1.173A pk rated inductor is required,which for simplicity could be the same D R 73-220inductor used for L1SDQ Series DRQ SeriesTypical Applications Using Inductors for SEPIC DesignsDigital CamerasMobile PhonesPDAsDisplay Backlighting Case 2: Coupled InductorS t e p 1. P e r f o r m S t e p 1 a n d T h e I r m s P o r t i o n o f S t e p 3 f r o m t h e T w o S e p a r a t e I n d u c t o r S e l e c t i o nThe application information listed for the two inductor selection will be used.S t e p 2. C a l c u l a t e T h e I n d u c t a n c e V a l u eL = V .d t /d iFrom our earlier example the output ripple current needs to be 0.4A pk-pk ,so now we calculate for 0.8A as the ripple current is split between the two windingsL = 4.5 x (1.69 x 10-6/0.8) = 9.5µH•A coupled inductor has the current flowing in one inductor and if the two windings are closely coupled the ripple current will be split equally between them.•Using a coupled inductor reduces the required inductance by half.•Since the two winding are on the same core they must be the same inductance value.S t e p 3. C a l c u l a t e t h e P e a k C u r r e n tContinuing with the example using an inductance value of 10µH we now need to calculate the worst case peak current requirement.The RMS current in each winding is already known.•Input inductor RMS current = 1.31A •Output inductor RMS current = 1A •I peak = I in + I out + (0.5 x I ripple )•I ripple = (2.8 x 2.2 x 10-6)/10 x 10-6= 0.62A•I peak = 1.31 + 1 + 0.31 = 2.62A @ minimum input voltage R e s u l t :A 10µH coupled inductor with 2.31A rms and 2.62A pk current rat-ings is required,for example the Coiltronics ®D R Q 74-100.Using a coupled inductor takes up less space on the PCB and tends to be lower cost than two separate inductors.It also offers the option to have most of the inductor ripple current flow in either the input or the output.By doing this the need for input filtering can be minimized or the output ripple voltage can be reduced to very low levels when supplying sensitive circuits.ServersLaptop Computers Flat-Screen TelevisionsN o t e:DRQ 74 and DRQ127 not shown.For full product information and a listing of all available inductor values,see ,Data Sheet number 4311.DRQ SeriesN o t e:For full product information and a listing of all available inductor values,see /datasheets/elx,Data Sheet number SDQ Series.SDQ Series The Cooper Bussmann Coiltronics®brand of magnetics specializes in standard and custom solutions,offering the latest in state-of-the-artlow-profile high power density magnetic components.We remain at the forefront of innovation and new technology to deliver the optimal mix of packaging,high efficiency and unbeatable reliability.Our designs utilize high frequency,low core loss materials,and new and custom core shapes in combination with innovative construction and packaging to provide designers with the highest performance parts available on the market.The Coiltronics Brand product line of power magnetics continually expands to satisfy shifts in technology and related market needs.Standard Product Categories include:• Shielded Drum Inductors• Unshielded Drum Inductors• High Current Inductors• Toroidal Inductors• Specialty Magnetics• Custom Magnetics Please visit to see data sheets on the wide variety of inductor solutions we have to offer.For techncial inquiries e-mail InductorTech@.Order samples online -。
