耦合貼片電感SEPIC拓展與DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用

了解耦合電感的規(guī)范，利用它們所具有優(yōu)的一個基本要求。大多數(shù)耦合貼片電感都具有相同的匝數(shù)—即 1：1 匝數(shù)比—但有些新的耦合電感有高的匝數(shù)比。耦合電感的耦合系數(shù) K 一般約為 0.95，遠(yuǎn)低于自定義變壓器至少為 0.99 的系數(shù)。耦合電感的互感系數(shù)讓其在一些回描應(yīng)用中顯得有些沒有效率，同時還會引起非理想(例如：圓形而非三角形)電感波形。另外，根據(jù)其繞組實際為串聯(lián)還是并聯(lián)，耦合電感的電流規(guī)格也不同。例如，繞組為串聯(lián)時，等效電感就會因為互感而過額定電感的2倍。飽和及 RMS 電流額定值適用于同時流過兩個繞組的電流，除非產(chǎn)品說明書中另有說明。理解這些規(guī)范以后，我們便可以對現(xiàn)實應(yīng)用中的一些耦合電感例子進(jìn)行研究。

　　小尺寸且的 SEPIC

　　盡管DC/DC單端初級貼片電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 拓?fù)洳皇鞘裁葱聳|西，但的確直到近它才開始流行起來，然而，對于能夠?qū)Ω叩洼斎腚妷褐g的輸出電壓(例如：12V未校準(zhǔn)插墻式電源)進(jìn)行調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換器需求一直都存在。雖然我們可以將升壓轉(zhuǎn)換器/控制器配置為一個 SEPIC，但其在近才得到普遍的使用。兩個因素促進(jìn)了 SEPIC 的人氣大增：(1) IC 制造廠商已經(jīng)開始制造多具有電流模式控制功能的升壓控制器，旨在簡化補償;(2) 電感制造廠商已經(jīng)開始制造許多可以小化轉(zhuǎn)換器總 PCB 體積的單封裝耦合電感。改用耦合電感以后，許多具有兩個單獨電感應(yīng)用的電源體積可以縮減三分之一。圖 1 顯示了使用 TI TPS61170 和 Wuerth 744877220 的一個 SEPIC。

耦合貼片電感SEPIC轉(zhuǎn)換器的是單端初級電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 能夠通過一個大于或者小于調(diào)節(jié)輸出電壓的輸入電壓工作。除能夠起到一個降壓及升壓轉(zhuǎn)換器的作用以外，SEPIC 還具有少的有源組件、一個簡易控制器和鉗位開關(guān)波形，從而提供低噪聲運行?？词欠袷褂脙蓚€磁繞組，是我們識別 SEPIC 的一般方法。這些繞組可繞于共用鐵芯上，其與耦合雙繞組電感的情況一樣，或者它們也可以是兩個非耦合電感的單獨繞組。設(shè)計人員通常不定哪一種方法佳，以及兩種方法之間是否存在實際差異。本文對每種方法進(jìn)行研究，并討論每種方法對實際 SEPIC 設(shè)計產(chǎn)生的影響。

　 顯示了耦合電感的基本 SEPIC。當(dāng)FET (Q1) 開啟時，輸入電壓施加于初級繞組。由于繞組比為 1：1，因此次級繞組也被施加了一個與輸入電壓相等的電壓;但是，由于繞組的性，整流器 (D1) 的陽極被拉負(fù)，并被反向偏置。整流器偏頗關(guān)閉，要求輸出電容在這種“導(dǎo)通”時間期間支持負(fù)載，從而強迫 AC電容 (CAC) 充電至輸入電壓。Q1 開啟時，兩個繞組的電流為 Q1 到接地，而次級電流流經(jīng) AC 電容?！皩?dǎo)通”時間期間總 FET 電流為輸入電流和輸出次級電流的和。

　　FET 關(guān)閉時，繞組的電壓反向極性，以維持電流。整流器導(dǎo)電向輸出端提供電流時，次級繞組電壓現(xiàn)在被鉗位至輸出電壓。

　　耦合電感由兩個非耦合貼片電感代替時，電路運行情況類似。要讓電路正確運行，須在每個磁芯之間維持伏-微秒平衡。也就是說，對于兩個非耦合電感而言，在FET“導(dǎo)通”和“關(guān)閉”時間期間，每個電感電壓和時間的積須大小相等，而極性相反。通過代數(shù)方法表明，非耦合電感的 AC 電容電壓也被充電至輸入電壓。在 FET“關(guān)閉”時間期間，輸出端電感被鉗位至輸出電壓，其與耦合電感的次級繞組一樣。在 FET“導(dǎo)通”時間期間，AC 電容在電感施加一個與輸入電壓相等但極性相反的電勢。每間隔時間，對電感定義電壓進(jìn)行鉗位，這樣伏-微秒平衡便決定了占空比 (D) 的大小。

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