中心议题:
解决方案:
- 采用更小尺寸且更高效的SEPIC
- 采用更小尺寸的ZETA 转换器
引言 最近,电感厂商纷纷开始发布批量生产的耦合电感。耦合电感由两个缠绕在同一磁芯上的单独电感组成,其封装与单电感在长宽尺寸上相似,只会稍微高一点,但可以产生相同的电感值。耦合电感的价格一般也会比两个单电感的价格低。耦合电感的绕组可以为串联、并联,也可以作为一个变压器。本文重点介绍利用耦合电感满足常见应用需求的四种 DC/DC 转换器拓扑结构。
彻底了解耦合电感的各种规范,是充分利用它们所具有优势的一个基本要求。大多数耦合电感都具有相同的匝数—即 1:1 匝数比—但有些更新的耦合电感拥有更高的匝数比。耦合电感的耦合系数 K 一般约为 0.95,远低于自定义变压器至少为 0.99 的系数。耦合电感的互感系数让其在一些回描应用中显得有些没有效率,同时还会引起非理想(例如:圆形而非三角形)电感波形。另外,根据其绕组实际为串联还是并联,耦合电感的电流规格也不同。例如,绕组为串联时,等效电感就会因为互感而超过额定电感的2倍。饱和及 RMS 电流额定值一定适用于同时流过两个绕组的电流,除非产品说明书中另有说明。理解这些规范以后,我们便可以对现实应用中的一些耦合电感例子进行研究。
更小尺寸且更高效的SEPIC 尽管DC/DC单端初级电感转换器 (SEPIC) 拓扑不是什么新东西,但的确直到最近它才开始流行起来,然而,对于能够对高低输入电压之间的输出电压(例如:12V未校准插墙式电源)进行调节的转换器需求一直都存在。虽然我们可以将任何升压转换器/控制器配置为一个 SEPIC,但其在最近才得到普遍的使用。两个因素促进了 SEPIC 的人气大增:(1) IC 制造厂商已经开始制造更多具有电流模式控制功能的升压控制器,旨在简化补偿;(2) 电感制造厂商已经开始制造许多可以最小化转换器总 PCB 体积的单封装耦合电感。改用耦合电感以后,许多具有两个单独电感应用的电源体积可以缩减三分之一。图 1 显示了使用TITPS61170 和Wuerth 744877220 的一个SEPIC。
图1使用TITPS61170 和Wuerth 744877220 的SEPIC
更吸引人的是,使用一个 1:1 耦合电感的 SEPIC 可迫使电感纹波电流在两个绕组之间分开,从而允许使用两个单独电感要求电感的一半,产生相同的纹波电流。相对于相同尺寸封装中双倍电感值的两个单独电感,耦合电感具有更低的 DC电阻,有助于提高总转换器效率。特别是15-V 输入和 12-V、325-mA 输出时,图 1 所示 SEPIC 的效率超出 91%。