Ein SEPIC-Wandler (Single-Ended Primary Inductor Converter) ist eine nicht-isolierte Schaltnetzteil-Topologie, die eine Ausgangsspannung erzeugt, die höher, gleich oder niedriger als die Eingangsspannung sein kann. Typische Anwendungen sind batteriebetriebene Produkte und Ladegeräte, Bordnetze in Kraftfahrzeugen, Photovoltaik-Wechselrichter, netzunabhängige LED-Beleuchtung und Leistungsfaktorkorrektursysteme (PFC). Diese Applikationsschrift bietet eine detaillierte Analyse des SEPIC-Wandlers mit besonderem Fokus auf Induktivitäten. Würth Elektronik legt besonderen Wert auf Implementierungen mit gekoppelten Induktivitäten wie der WE-MCRI-Familie und analysiert sowohl die Restwelligkeitsstromregelung als auch die entscheidende Rolle der Streuinduktivität für die Wandlerleistung. Die Analyse basiert auf SPICE-Simulationen und Messungen an einem realen Prototyp eines DC/DC-SEPIC-Wandlers.
Gekoppelte oder ungekoppelte Lösung
Anders als bei Topologien mit nur einer Induktivität wie Buck, Boost oder Buck-Boost benötigt die SEPIC-Leistungsstufe zwei Induktivitäten. Diese können als unabhängige, entkoppelte Induktivitäten oder alternativ als gekoppelte Leistungsinduktivität mit zwei Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern realisiert werden. Diese Bauweise reduziert nicht nur die Anzahl der Bauteile, sondern erfordert auch eine kleinere Induktivität, um die gleiche Restwelligkeitsstromamplitude zu erzeugen, verglichen mit einer Lösung mit entkoppelten Induktivitäten. Darüber hinaus ermöglicht die magnetische Kopplung der Wicklungen die Anwendung der sogenannten Ripple Current Steering-Technik. Diese Technik steuert, welche Wicklung den höheren Restwelligkeitsstrom führt, und reduziert so leitungsgebundene elektromagnetische Störungen. „Das Verständnis des Einflusses der Streuinduktivität auf die Leistung eines SEPIC mit gekoppelten Induktivitäten ist entscheidend. Im Gegensatz zu den meisten Anwendungen kann eine höhere Streuinduktivität in diesem Fall Vorteile bringen“, erklärt Eleazar Falco, Senior Applications Engineer bei Würth Elektronik eiSos und Autor der Studie.
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