Бабенко Валерий Павлович, к.т.н., доцент, кафедра радиоволновых процессов и технологий Института радиотехнических и телекоммуникационных систем
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Valery P. Babenko, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Битюков Владимир Ксенофонтович, д.т.н., профессор, кафедра радиоволновых процессов и технологий Института радиотехнических и телекоммуникационных систем
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
ResearcherID Y-8325-2018
Scopus Author ID 6603797260
Vladimir K. Bityukov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
ResearcherID Y-8325-2018
Scopus Author ID 6603797260
Повышающе-понижающий преобразователь, построенный по топологии SEPIC, имеет ряд преимуществ, которые выделяют его среди других конфигураций. Он позволяет из униполярного входного напряжения получить как униполярное, так и биполярное выходное напряжение с хорошей симметричностью между положительным и отрицательным выходными напряжениями, а также обеспечивает экономичность и схемотехническую простоту в униполярной и биполярной топологии за счет использования единственного переключателя, для управления которым возможно использовать существующие интегральные контроллеры повышающих преобразователей. Рассмотрены топологии повышающе-понижающего преобразователя SEPIC, построенного по традиционной схеме (с двумя катушками индуктивности) и по схеме на магнитосвязанных дросселях. Для анализа процессов и факторов, влияющих на эффективность работы преобразователя, выполнено схемотехническое моделирование в среде Electronics Workbench. Представлены результаты исследования импульсного преобразователя постоянного входного напряжения, построенного по повышающе-понижающей топологии SEPIC, в униполярное или биполярное выходное напряжение. Схемотехническое моделирование позволило уточнить характеристики коммутационных процессов, оценить уровень пульсаций входного тока и его спектральные характеристики, сформулировать рекомендации по выбору параметров элементов преобразователей и формированию сигналов управления. По результатам моделирования получены нагрузочные, регулировочные и шумовые характеристики преобразователя. Для преобразователя на дискретных и магнитосвязанных дросселях проведено исследование уровня симметричности положительного и отрицательного выходного напряжения. Дана оценка влияния индуктивностей рассеяния в преобразователях с магнитной связью индуктивных элементов. Приведены примеры практической реализации преобразователей, построенных по топологии SEPIC. Установлено, что сопротивление обмоток дросселя менее 0.5 Ом практически не сказывалось на КПД преобразователя, оставаясь порядка 0.9 в широком диапазоне токов нагрузки, а основным источником потерь преобразования являлся пассивный диодный ключ. Синхронные схемы преобразователей ряда производителей обладают большей эффективностью, но требуют более сложных контроллеров управления активными ключами с элементами защиты от сквозных токов.
Some advantages of the SEPIC buck-boost converter makes it stand out from other configurations. It makes possible to obtain from a unipolar input voltage both unipolar and bipolar output voltage with a good symmetry between positive and negative output voltages. It also provides efficient performance as well as circuit simplicity in unipolar and bipolar topology owing to the use of a single switch which can be operated by available integrated controllers of boost converters. The article considers the topologies of a SEPIC buck-boost converter built according to the traditional scheme (with two inductors) and according to the scheme on magnetically coupled chokes. To analyze the processes and factors affecting the converter operation efficiency, a circuit simulation has been done using the Electronics Workbench. The results of the investigation of a pulsed DC converter of input voltage to unipolar or bipolar output voltage using SEPIC buck-boost topology are presented. The circuit simulation enables to specify the switching process characteristics, to estimate the ripple level of the input current and its spectral characteristics, and to develop recommendations concerning the choice of parameters of converters elements and generation of control signals. Based on the simulation results, the load, control, and noise characteristics of the converter are obtained. The level of symmetry of positive and negative output voltage is investigated for the converter on discrete and magnetically coupled chokes. The assessment of the effect of leakage inductance on converters with magnetic coupling of inductive elements is given. Examples of practical implementation of converters built according to the SEPIC topology are shown. It is found that the resistance of the choke windings, which is less than 0.5 Ohm, has practically no effect on the efficiency of the converter, retaining the factor of about 0.9 in a wide range of load currents, while the main source of conversion losses is a passive diode switch. Synchronous converter circuits of a number of manufacturers are more efficient, but require more complex controllers for active switches with elements for protection against through currents.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.