Tipps zum Netzteil-Design: Achten Sie auf den SEPIC-gekoppelten Induktorschleifenstrom – Teil 1

In diesen „Tipps zum Netzteil-Design“ ermitteln wir einige Anforderungen an die Streuinduktivität für gekoppelte Induktivitäten in der SEPIC-Topologie.

SEPIC ist eine sehr nützliche Topologie, wenn keine elektrische Trennung zwischen Primär- und Sekundärkreis erforderlich ist und die Eingangsspannung höher oder niedriger als die Ausgangsspannung ist. Wenn ein Kurzschlussschutz erforderlich ist, können wir ihn als Ersatz für den Aufwärtswandler verwenden.

Der SEPIC-Wandler zeichnet sich durch einen Einzelschalterbetrieb und einen kontinuierlichen Eingangsstrom aus, was zu geringeren elektromagnetischen Störungen (EMI) führt. Diese Topologie (dargestellt in Abbildung 1) kann zwei separate Induktoren verwenden (oder weil die Spannungswellenformen der Induktoren ähnlich sind), sodass Sie auch eine gekoppelte Topologie verwenden können Induktor, wie in der Abbildung gezeigt.

Da ihre Größe und Kosten geringer sind als bei zwei separaten Induktoren, sind gekoppelte Induktoren sehr attraktiv. Der Nachteil besteht darin, dass Standardinduktoren nicht immer für alle möglichen Anwendungen optimiert sind.

Design-Tipps für Netzteile: Achten Sie auf den SEPIC-gekoppelten Induktorschleifenstrom - Teil 1
Abbildung 1 Der SEPIC-Wandler verwendet einen Schalter zum Erhöhen und Senken der Ausgangsspannung

Die Strom- und Spannungswellenformen dieser Schaltung ähneln Rückwärtsschaltungen im Dauerstrommodus (CCM). Wenn Q1 eingeschaltet ist, nutzt es die Eingangsspannung der Hauptstufe mit gekoppelter Induktivität, um Energie in der Schaltung zu erzeugen.

Wenn Q1 ausgeschaltet wird, kehrt sich die Induktorspannung um und wird dann auf die Ausgangsspannung begrenzt. Der Kondensator C_AC ist die Differenz zwischen der SEPIC- und der Rückwärtsschaltung; Wenn Q1 eingeschaltet ist, fließt der Sekundärinduktorstrom durch ihn und erdet dann. Wenn Q1 ausgeschaltet ist, fließt der Strom der Primärinduktivität durch C_AC und erhöht dadurch den durch D1 fließenden Ausgangsstrom.

Im Vergleich zur Umkehrschaltung besteht ein großer Vorteil dieser Topologie darin, dass die FET- und Diodenspannungen beide durch C_AC begrenzt werden und es nur sehr wenig Nachschwingen in der Schaltung gibt. Auf diese Weise können wir eine niedrigere Spannung verwenden und so ein Gerät mit höherer Effizienz herstellen.

Da diese Topologie der umgekehrten Topologie ähnelt, würden viele Leute denken, dass ein Satz eng gekoppelter Wicklungen erforderlich ist. Dies ist jedoch nicht der Fall. Abbildung 2 zeigt die beiden Betriebszustände von kontinuierlichem SEPIC. Der Transformator wurde durch Streuinduktivität (LL), Magnetisierungsinduktivität (LM) und einen idealen Transformator (T) modelliert.

Nach der Prüfung ist die Spannung der Streuinduktivität gleich der Spannung von C_AC. Daher bildet ein kleiner Wert von C_AC oder eine große Wechselspannung mit einer kleinen Streuinduktivität einen großen Schleifenstrom. Größere Schleifenströme verringern den Wirkungsgrad und die EMI-Leistung des Wandlers, und diese Situation ist unerwünscht. Eine Möglichkeit, diesen großen Schleifenstrom zu reduzieren, besteht darin, den Kopplungskondensator (C_AC) zu erhöhen.

Allerdings geht dies auf Kosten von Kosten, Größe und Zuverlässigkeit. Eine klügere Methode besteht darin, die Streuinduktivität zu erhöhen, was leicht erreicht werden kann, wenn eine kundenspezifische magnetische Komponente spezifiziert wird.

2a) MOSFET ist eingeschaltet: V_LL = V_{C_AC}-VIN = ∆V_{C_AC}(DC-Teil wird gelöscht)

2b) MOSFET aus: V_LL = FIN + V_OUT -V_{C_AC}-V_OUT = ∆V_{C_AC}(DC-Teil gelöscht)
Abbildung 2a und 2b SEPIC-Konverter in zwei Arbeitszuständen.

Die Wechselspannung der Streuinduktivität ist gleich der Koppelkondensatorspannung.

Interessanterweise haben nur sehr wenige Hersteller diese Tatsache erkannt und viele Hersteller haben Induktivitäten mit geringer Streuinduktivität für SEPIC-Anwendungen hergestellt.

Andererseits verfügt Coilcraft über einen 47 uH MSD1260 mit einer Streuinduktivität von etwa 0.5 uH. Gleichzeitig wurden kürzlich weitere Versionen dieses Designs entwickelt, das eine Streuinduktivität von mehr als 10 uH aufweist. Es wird in eingeführt, also bleiben Sie dran.