Mẹo thiết kế nguồn điện: Hãy chú ý đến dòng điện vòng cảm ứng ghép nối SEPIC-Phần 1

Trong “Mẹo thiết kế nguồn điện” này, chúng tôi sẽ xác định một số yêu cầu về độ tự cảm rò rỉ đối với cuộn cảm ghép nối trong cấu trúc liên kết SEPIC.

SEPIC là một cấu trúc liên kết rất hữu ích khi không cần cách ly điện giữa mạch sơ cấp và mạch thứ cấp và điện áp đầu vào cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu ra. Khi cần bảo vệ ngắn mạch, chúng ta có thể sử dụng nó để thay thế bộ chuyển đổi tăng áp.

Bộ chuyển đổi SEPIC được đặc trưng bởi hoạt động bằng một công tắc đơn và dòng điện đầu vào liên tục, dẫn đến nhiễu điện từ (EMI) thấp hơn. Cấu trúc liên kết này (thể hiện trong Hình 1) có thể sử dụng hai cuộn cảm riêng biệt (hoặc do dạng sóng điện áp của các cuộn cảm tương tự nhau), do đó bạn cũng có thể sử dụng một cặp Cuộn cảm, như thể hiện trong hình.

Bởi vì kích thước và giá thành của nó nhỏ hơn hai cuộn cảm riêng biệt nên cuộn cảm ghép đôi khá hấp dẫn. Điểm bất lợi là cuộn cảm tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng được tối ưu hóa cho tất cả các ứng dụng có thể.

Mẹo thiết kế bộ nguồn: Chú ý đến dòng điện vòng cuộn cảm được ghép nối SEPIC-Phần 1
Hình 1 Bộ chuyển đổi SEPIC sử dụng một công tắc để tăng và giảm điện áp đầu ra

Dạng sóng dòng điện và điện áp của mạch này tương tự như mạch đảo ngược chế độ dòng điện liên tục (CCM). Khi Q1 được bật, nó sử dụng điện áp đầu vào của tầng chính của cuộn cảm được ghép nối để tạo thành năng lượng trong mạch.

Khi Q1 tắt, điện áp cuộn cảm sẽ đảo ngược và sau đó được kẹp vào điện áp đầu ra. Các tụ C_AC là độ chênh lệch giữa SEPIC và mạch ngược; khi Q1 được bật, dòng điện cảm thứ cấp chạy qua nó và sau đó nối đất. Khi Q1 tắt, dòng điện cảm sơ cấp chạy qua C_AC, do đó làm tăng dòng điện đầu ra chạy qua D1.

So với mạch đảo ngược, ưu điểm lớn của cấu trúc liên kết này là điện áp FET và diode đều được kẹp bởi C_AC và có rất ít tiếng chuông trong mạch. Bằng cách này, chúng ta có thể chọn sử dụng điện áp thấp hơn và do đó tạo ra một thiết bị có hiệu suất cao hơn.

Vì cấu trúc liên kết này tương tự như cấu trúc liên kết ngược nên nhiều người sẽ nghĩ rằng cần phải có một bộ cuộn dây được ghép chặt. Tuy nhiên, đây không phải là trường hợp. Hình 2 thể hiện hai trạng thái hoạt động của SEPIC liên tục, máy biến áp đã được mô hình hóa bằng điện cảm rò (LL), điện cảm từ hóa (LM) và máy biến áp lý tưởng (T).

Sau khi kiểm tra, điện áp của cuộn cảm rò bằng điện áp của C_AC. Do đó, giá trị C_AC nhỏ hoặc điện áp xoay chiều lớn có độ tự cảm rò rỉ nhỏ sẽ tạo thành dòng điện vòng lớn. Dòng điện vòng lớn hơn sẽ làm giảm hiệu suất và hiệu suất EMI của bộ chuyển đổi và tình trạng này là không mong muốn. Một cách để giảm dòng điện vòng lớn này là tăng tụ điện ghép nối (C_AC).

Tuy nhiên, điều này phải trả giá bằng chi phí, kích thước và độ tin cậy. Một phương pháp khôn ngoan hơn là tăng độ tự cảm rò rỉ, điều này có thể dễ dàng đạt được khi chỉ định một thành phần từ tính tùy chỉnh.

2a) mosfet được bật: V_LL = V_{C_AC}-VIN = ∆V_{C_AC}(Phần DC bị xóa)

2b) MOSFE tắt :V_LL = VIN + V_OUT -V_{C_AC}-V_OUT = ∆V_{C_AC}(Phần DC đã bị xóa)
Hình 2a và bộ chuyển đổi SEPIC 2b ở hai trạng thái làm việc.

Điện áp xoay chiều của cuộn cảm rò bằng điện áp tụ ghép.

Điều thú vị là rất ít nhà sản xuất nhận ra thực tế này và nhiều nhà sản xuất đã sản xuất cuộn cảm có độ tự cảm rò rỉ thấp cho các ứng dụng SEPIC.

Mặt khác, Coilcraft có MSD47 1260 uH với độ tự cảm rò rỉ khoảng 0.5 uH. Đồng thời, gần đây họ cũng đã phát triển các phiên bản khác của thiết kế này, có độ tự cảm rò rỉ lớn hơn 10 uH. Nó sẽ được giới thiệu trong “, vì vậy hãy chú ý theo dõi.