Mẹo Cho Cuộn Cảm Ghép Trong Các ứng Dụng Chuyển đổi DC / DC

Gần đây, các nhà sản xuất cuộn cảm đã bắt đầu phát hành cuộn cảm ghép để sản xuất hàng loạt. Cuộn cảm ghép bao gồm hai cuộn cảm riêng biệt trên cùng một lõi. Gói tương tự như cuộn cảm đơn về chiều dài và chiều rộng, và chỉ cao hơn một chút, nhưng có thể tạo ra cùng một giá trị điện cảm. Giá của một cuộn cảm ghép thường thấp hơn giá của hai cuộn cảm đơn. Các cuộn dây của cuộn cảm ghép có thể mắc nối tiếp, song song hoặc như một máy biến áp. Bài viết này tập trung vào bốn cấu trúc liên kết chuyển đổi DC / DC sử dụng cuộn cảm ghép để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng chung.

Một sự hiểu biết thấu đáo về các thông số kỹ thuật khác nhau của cuộn cảm ghép là một yêu cầu cơ bản để tận dụng tối đa lợi thế của chúng. Hầu hết các cuộn cảm được ghép có cùng số vòng quay, nghĩa là tỷ lệ 1: lượt quay nhưng một số cuộn cảm được ghép mới hơn có tỷ số vòng quay cao hơn. Hệ số ghép K của cuộn cảm ghép thường khoảng 0,95, thấp hơn nhiều so với hệ số của biến áp tùy chỉnh ít nhất 0,99. Độ tự cảm lẫn nhau của cuộn cảm ghép làm cho nó hơi kém hiệu quả trong một số ứng dụng truy xuất và cũng gây ra dạng sóng điện dẫn không lý tưởng (ví dụ, hình tròn thay vì hình tam giác). Ngoài ra, tùy thuộc vào việc các cuộn dây thực sự được kết nối nối tiếp hay song song, các thông số kỹ thuật hiện tại của cuộn cảm được ghép cũng khác nhau. Ví dụ, khi các cuộn dây được kết nối nối tiếp, độ tự cảm tương đương sẽ vượt quá 2 lần độ tự cảm định mức do độ tự cảm lẫn nhau. Xếp hạng hiện tại bão hòa và RMS phải được áp dụng cho dòng điện chạy qua cả hai cuộn dây cùng một lúc, trừ khi có quy định khác trong bảng dữ liệu sản phẩm. Sau khi hiểu các thông số kỹ thuật này, chúng ta có thể nghiên cứu một số ví dụ về cuộn cảm được ghép nối trong các ứng dụng trong thế giới thực.

SEPIC nhỏ hơn và hiệu quả hơn

Mặc dù cấu trúc liên kết bộ chuyển đổi cuộn cảm sơ cấp một đầu DC / DC (SEPIC) không có gì mới, tuy nhiên, nó chỉ trở nên phổ biến gần đây, tuy nhiên, đối với điện áp đầu ra giữa điện áp đầu vào cao và thấp (ví dụ như tường không được hiệu chỉnh 12 V) cho quy định đã luôn tồn tại. Mặc dù chúng tôi có thể định cấu hình bất kỳ bộ chuyển đổi / bộ điều khiển tăng cường nào dưới dạng SEPIC, nhưng nó mới chỉ được sử dụng rộng rãi gần đây. Hai yếu tố đã góp phần vào sự phổ biến của SEPIC: (1) Các nhà sản xuất IC đã bắt đầu sản xuất nhiều bộ điều khiển tăng cường hơn với điều khiển chế độ hiện tại để đơn giản hóa việc bù; (2) các nhà sản xuất cuộn cảm đã bắt đầu sản xuất nhiều loại có thể giảm thiểu. Cuộn cảm ghép đơn gói cho tổng khối lượng PCB của bộ chuyển đổi. Sau khi chuyển sang một cuộn cảm ghép, nhiều bộ nguồn với hai ứng dụng cuộn cảm riêng biệt có thể giảm đi một phần ba. Hình 1 cho thấy SEPIC sử dụng TI TPS61170 và Wuerth 744877220.

SEPIC sử dụng TI TPS61170 và Wuerth 744877220

Thậm chí hấp dẫn hơn, một SEPIC với cuộn cảm được ghép 1: 1 buộc dòng điện gợn của cuộn cảm tách biệt giữa hai cuộn dây, cho phép hai cuộn cảm riêng biệt được sử dụng để yêu cầu một nửa cuộn cảm, tạo ra cùng một dòng điện gợn. So với hai cuộn cảm riêng biệt có giá trị tự cảm kép trong cùng một gói kích thước, cuộn cảm ghép có điện trở DC thấp hơn, giúp cải thiện hiệu suất chuyển đổi tổng thể. Đặc biệt đối với đầu vào 15-V và đầu ra 12-V, 325-mA, hiệu quả của SEPIC được hiển thị trong Hình 1 vượt quá 91%.

Bộ chuyển đổi ZETA kích thước nhỏ hơn

Nhờ sử dụng hai cuộn cảm và tụ điện ghép nối, bộ chuyển đổi ZETA có buck tăng cường tương tự như SEPIC, nhưng sử dụng bộ điều khiển buck thay vì bộ điều khiển tăng. Hình 2 cho thấy TI TPS40200 và Coiltronics DRQ74 được sử dụng trong cấu trúc ZETA. Như với SEPIC, nhờ có dòng điện gợn cảm ứng riêng biệt, bộ chuyển đổi ZETA này chỉ cần một nửa độ tự cảm để có được dòng điện gợn tương tự. Tương tự, khối lượng cung cấp điện tổng thể nhỏ hơn một phần ba so với sử dụng hai cuộn cảm riêng biệt. Do dòng điện dẫn đầu ra được đầu ra liên tục thông qua bộ chuyển đổi ZETA, nên điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi ZETA có độ gợn thấp hơn SEPIC của cùng một cuộn cảm. Do đó, ZETA có thể phù hợp hơn cho các ứng dụng có độ ồn thấp hơn SEPIC.

Bộ chuyển đổi ZETA sử dụng TI TPS40200 và Coiltronics DRQ74