เคล็ดลับการออกแบบพาวเวอร์ซัพพลาย: ให้ความสนใจกับ SEPIC coupled inductor loop current-Part 1

อัปเดต: 12 ธันวาคม 2023
ใน "เคล็ดลับการออกแบบพาวเวอร์ซัพพลาย" นี้ เราจะกำหนดข้อกำหนดการเหนี่ยวนำการรั่วไหลสำหรับตัวเหนี่ยวนำคู่ในโทโพโลยี SEPIC
SEPIC เป็นโทโพโลยีที่มีประโยชน์มากเมื่อไม่จำเป็นต้องมีการแยกทางไฟฟ้าระหว่างวงจรหลักและวงจรทุติยภูมิ และแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงหรือต่ำกว่าแรงดันเอาต์พุต เมื่อจำเป็นต้องมีการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร เราสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนบูสต์คอนเวอร์เตอร์ได้
ตัวแปลง SEPIC มีลักษณะเฉพาะคือการทำงานของสวิตช์เดี่ยวและกระแสอินพุตต่อเนื่อง ส่งผลให้สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ต่ำลง โทโพโลยีนี้ (แสดงในรูปที่ 1) สามารถใช้ตัวเหนี่ยวนำสองตัวแยกจากกัน (หรือเนื่องจากรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำคล้ายกัน) ดังนั้นคุณจึงสามารถใช้ตัวเหนี่ยวนำคู่กันได้เช่นกัน Inductorดังแสดงในรูป
เนื่องจากขนาดและราคามีขนาดเล็กกว่าตัวเหนี่ยวนำสองตัวที่แยกจากกัน ตัวเหนี่ยวนำคู่จึงค่อนข้างน่าสนใจ ข้อเสียคือตัวเหนี่ยวนำมาตรฐานไม่ได้รับการปรับให้เหมาะกับการใช้งานที่เป็นไปได้ทั้งหมดเสมอไป

เคล็ดลับการออกแบบพาวเวอร์ซัพพลาย: ให้ความสนใจกับ SEPIC coupled inductor loop current-Part 1
รูปที่ 1 ตัวแปลง SEPIC ใช้สวิตช์เพื่อเพิ่มและลดแรงดันเอาต์พุต

รูปคลื่นกระแสและแรงดันของวงจรนี้คล้ายกับวงจรย้อนกลับโหมดกระแสต่อเนื่อง (CCM) เมื่อเปิด Q1 จะใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตของสเตจหลักของตัวเหนี่ยวนำคู่เพื่อสร้างพลังงานในวงจร

เมื่อปิด Q1 แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำจะกลับด้านและถูกหนีบไว้ที่แรงดันเอาต์พุต ที่ capacitor C_AC คือความแตกต่างระหว่าง SEPIC และวงจรย้อนกลับ เมื่อเปิด Q1 กระแสไฟเหนี่ยวนำทุติยภูมิจะไหลผ่านและต่อกราวด์ เมื่อปิด Q1 กระแสไฟเหนี่ยวนำหลักจะไหลผ่าน C_AC จึงเป็นการเพิ่มกระแสไฟเอาท์พุตที่ไหลผ่าน D1

เมื่อเปรียบเทียบกับวงจรย้อนกลับ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของโทโพโลยีนี้คือแรงดันไฟฟ้า FET และไดโอดจะถูกจับยึดด้วย C_AC ทั้งคู่ และมีเสียงเรียกเข้าในวงจรน้อยมาก ด้วยวิธีนี้เราสามารถเลือกใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและทำให้อุปกรณ์มีประสิทธิภาพสูงขึ้นได้

เนื่องจากโทโพโลยีนี้คล้ายกับโทโพโลยีแบบย้อนกลับ หลายๆ คนอาจคิดว่าจำเป็นต้องมีชุดขดลวดที่ต่อกันแน่น อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่กรณี รูปที่ 2 แสดงสถานะการทำงานสองสถานะของ SEPIC ต่อเนื่อง หม้อแปลงได้รับการสร้างแบบจำลองโดยการเหนี่ยวนำการรั่วไหล (LL) ตัวเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (LM) และหม้อแปลงในอุดมคติ (T)

หลังจากการตรวจสอบ แรงดันไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำการรั่วไหลจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของ C_AC ดังนั้นค่า C_AC เล็กน้อยหรือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ที่มีความเหนี่ยวนำการรั่วไหลเล็กน้อยจะทำให้เกิดกระแสลูปขนาดใหญ่ กระแสลูปที่ใหญ่ขึ้นจะลดประสิทธิภาพและประสิทธิภาพ EMI ของคอนเวอร์เตอร์ และสถานการณ์นี้ไม่เป็นที่พึงปรารถนา วิธีหนึ่งในการลดกระแสลูปขนาดใหญ่นี้คือการเพิ่มตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง (C_AC)

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มาพร้อมกับต้นทุน ขนาด และความน่าเชื่อถือ วิธีที่ชาญฉลาดกว่าคือการเพิ่มตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหล ซึ่งสามารถบรรลุได้อย่างง่ายดายเมื่อระบุส่วนประกอบแม่เหล็กแบบกำหนดเอง


2) MOSFET เปิดอยู่: VLL = Vค_เอซี -VIN = ∆Vค_เอซี(ส่วน DC ถูกลบ)


2b) MOSFET ปิด: VLL = วิน + วีOUT -Vค_เอซี -VOUT = ∆วีค_เอซี (ส่วน DC ถูกลบ)
รูปที่ 2a และ 2b ตัวแปลง SEPIC ในสองสถานะการทำงาน

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของการเหนี่ยวนำการรั่วไหลเท่ากับแรงดันตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง

ที่น่าสนใจคือมีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่ตระหนักถึงข้อเท็จจริงนี้ และผู้ผลิตหลายรายก็ได้ผลิตตัวเหนี่ยวนำการรั่วไหลต่ำสำหรับการใช้งาน SEPIC

ในทางกลับกัน Coilcraft มี 47 uH MSD1260 ที่มีความเหนี่ยวนำการรั่วไหลประมาณ 0.5 uH ในขณะเดียวกัน ยังได้พัฒนาเวอร์ชันอื่นๆ ของการออกแบบนี้เมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งมีความเหนี่ยวนำการรั่วไหลมากกว่า 10 uH จะเปิดตัวใน” ดังนั้นโปรดติดตาม