För att få stabil fem volt i bärbar utrustning passar SEPIC-omvandlaren bra.

Det är en enkel, stabil och tålig konstruktion som ger hög verkningsgrad, anser Håkan Karlsson på Egevo.

Vid konstruktion av bärbar utrustning, som portabla mätinstrument och datainsamlingsutrustning, vill man ofta använda fyra 1,5 V-batterier i R6- storlek (AA), för att få 5 V. R6-batterierna är vanliga och finns att köpa i praktiskt taget varje kiosk i hela landet.

För att få sina stabila 5 V ut finns olika lösningar: En bra lösning är den så kallade SEPIC-kopplingen, som bygger på att man använder två spolar istället för en. Då räcker det med bara en kontrollkrets, vilket ger högre verkningsgrad. Samtidigt slipper man krångliga flyback-kopplingar med transformatorer.

SEPIC-omvandlaren är kanske inte så vanlig, men många konstruktörer har säkert sett kopplingen förut, kanske under annat namn.



Två spolar


En SEPIC-omvandlare kan exempelvis byggas med en MAX761-krets, två spolar och några kondensatorer och motstånd, se figuren nedan.

När kretsen drar ström i LX-pinnen "laddas" båda spolarna upp med magnetisk energi. När kretsen slutar dra ström måste strömmen i spolarna fortsätta någonstans, och enda vägen är då via dioden D2 ut till utspänningen.

Observera att den ena spolen laddar ur sig via 47 μF-kondensatorn. När spolarnas energi är slut upphör strömmen och dioden D2 förhindrar strömmen att gå baklänges. Sedan upprepas förloppet igen. De två spolarna bidrar med halva strömmen var.

SEPIC-kopplingen har flera fördelar. För det första så slipper man att spänningsnivån ut hoppar till när inspänningen passerar utspänningen. För det andra får man noll volt ut när regulatorn är avstängd. Det sköter kondensatorn mellan spolarna om.

Men den kanske största fördelen är verkningsgraden, runt 86 procent i exemplet i figuren.

Konstruerar man i stället sin DC/DC-omvandlare med en step-up-omvandlare som ökar spänningen, följt av en linjär regulator som sänker den, tvingas man använda två kontrollkretsar. Eftersom varje krets stjäl en viss procent av ineffekten, så får man rätt dålig verkningsgrad.

En annan möjlighet är en flybackkoppling med transformator, men det är en ganska krånglig lösning. Transformatorerna måste ofta specialbeställas. Det är lättare att få tag på spolar.



Tar mer plats


SEPIC-konstruktionen kan också göras rätt liten, eftersom de två spolarna delar på strömmen. Om man till exempel kräver att DC/DC-omvandlaren ska klara 1 A, räcker det med spolar som tål 0,5 A.

Men det finns förstås några nackdelar.

De två spolarna tar givetvis mer plats än en och drar lite extra ström. Men det går faktiskt att linda bägge spolarna på samma kärna, utan att behöva bry sig om kopplingen mellan dem. Konstruktionen blir mindre, men man måste vara noga med att inte linda spolarna åt fel håll så att magnetfälten tar ut varandra.

En annan hake är att kontrollkretsen, i exemplet en MAX761, måste tåla en spänning som är summan av in- och utspänning. Så vid 6 V in och 5 V ut måste kretsen tåla 11 V.

Dessutom är det lite problematiskt med kondensatorn mellan spolarna. Den måste ha ett lågt inre motstånd (ESR, ekvivalent serieresistans), för att ge kopplingen en hög verkningsgrad. Ett bra exempel är Sanyo OS-CON. Används en keramisk kondensator sjunker verkningsgraden cirka 3 procent på grund av det höga inre motståndet.

Tantalkondensatorer har lågt inre motstånd, men tål inte spänningstoppar och är kanske inte direkt lämpliga för DC/DC-omvandlare. Personligen undviker jag dem, då jag råkat bränna en del. Om man vill använda tantaler bör man välja spänningståligheten med god marginal.

Vid behov av större strömmar är det bara att byta kontrollkrets till en krets med yttre transistor som tål mer ström. Man måste dock tänka på att ett batteri som är nästan slut har fått ett högt inre motstånd och inte kan ge så mycket ström längre.

Håkan Karlsson

Egevo elektronik AB



SEPIC-omvandlare för bärbar utrustning


Med en SEPIC-koppling räcker det med en kontrollkrets för att omvandla spänningen från exempelvis några vanliga freestylebatterier till en stabil 5- voltsmatning.

De två spolarna delar på strömmen, vilket gör att det räcker att dimensionera dem för halva maxströmmen.

Dioden D1 fångar de spänningstoppar som uppstår och matar därmed kretsen med en högre matningsspänning än inspänningen. Det ger bättre verkningsgrad vid låga inspänningar och gör det lättare att starta omvandlaren också med en stor last ansluten. Om man vet att inspänningen håller sig över 4 V, kan man dock strunta i dioden.

MAX761-kretsen kan driva 200 mA ström. Kretsen själv drar 100 μA i påläge och 1 μA i vila.

Motstånden R1 och R2 kan väljas fritt för att ge önskad utspänning.