1、耦合電感在DC/DC轉換器應用上的技巧引言最近,電感廠商紛紛開始發布批量生產的耦合電感。耦合電感由兩個纏繞在同一磁芯上的單獨電感組成,其封裝與單電感在長寬尺寸上相似,只會稍微高一點,但可以產生相同的電感值。耦合電感的價格一般也會比兩個單電感的價格低。耦合電感的繞組可以為串聯、并聯,也可以作為一個變壓器。本文重點介紹利用耦合電感滿足常見應用需求的四種DC/DC轉換器拓撲結構。徹底了解耦合電感的各種規范,是充分利用它們所具有優勢的一個基本要求。大多數耦合電感都具有相同的匝數即1:匝數比但有些更新的耦合電感擁有更高的匝數比。耦合電感的耦合系數K一般約為0.95,遠低于自定義變壓器至少為0.99的系數

2、。耦合電感的互感系數讓其在一些回描應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,根據其繞組實際為串聯還是并聯,耦合電感的電流規格也不同。例如,繞組為串聯時,等效電感就會因為互感而超過額定電感的2倍。飽和及RMS 電流額定值一定適用于同時流過兩個繞組的電流,除非產品說明書中另有說明。理解這些規范以后,我們便可以對現實應用中的一些耦合電感例子進行研究。更小尺寸且更高效的SEPIC盡管DC/DC單端初級電感轉換器(SEPIC拓撲不是什么新東西,但的確直到最近它才開始流行起來,然而,對于能夠對高低輸入電壓之間的輸出電壓(例如:12V未校準插墻式電源進行調節的轉換器需求

3、一直都存在。雖然我們可以將任何升壓轉換器/控制器配置為一個 SEPIC,但其在最近才得到普遍的使用。兩個因素促進了 SEPIC的人氣大增:(1 IC制造廠商已經開始制造更多具有電流模式控制功能的升壓控制器,旨在簡化補償;(2電感制造廠商已經開始制造許多可以最小化轉換器總 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。圖1 使用TI TPS61170和Wuerth 744877220的SEPIC更吸引人的是,使用一個1:1耦合電感的SEPIC可迫使電感紋波電

4、流在兩個繞組之間分開,從而允許使用兩個單獨電感要求電感的一半,產生相同的紋波電流。相對于相同尺寸封裝中雙倍電感值的兩個單獨電感,耦合電感具有更低的DC電阻,有助于提高總轉換器效率。特別是15-V輸入和12-V、325-mA輸出時,圖1所示SEPIC的效率超出91%。更小尺寸的ZETA轉換器由于使用了兩個電感和一個耦合電容,ZETA轉換器擁有與SEPIC一樣的升壓降壓功能,但使用的是一個降壓控制器而非升壓控制器。圖2顯示了ZETA結構中所使用的TI TPS40200和Coiltronics DRQ74。與SEPIC一樣,得益于分離電感紋波電流,這種ZETA轉換器只要求一半的電感就能得到相同的紋波

5、電流。同樣類似的,其總體電源體積比使用兩個單獨電感小三分之一。由于輸出電感電流不斷經過ZETA轉換器輸出,ZETA轉換器的輸出電壓具有比相同電感的SEPIC更低的紋波。因此,相比SEPIC,ZETA可能更適合于低噪聲應用。圖2 使用TI TPS40200和Coiltronics DRQ74的ZETA轉換器引言最近,電感廠商紛紛開始發布批量生產的耦合電感。耦合電感由兩個纏繞在同一磁芯上的單獨電感組成,其封裝與單電感在長寬尺寸上相似,只會稍微高一點,但可以產生相同的電感值。耦合電感的價格一般也會比兩個單電感的價格低。耦合電感的繞組可以為串聯、并聯,也可以作為一個變壓器。本文重點介紹利用耦合電感滿足

6、常見應用需求的四種DC/DC轉換器拓撲結構。徹底了解耦合電感的各種規范,是充分利用它們所具有優勢的一個基本要求。大多數耦合電感都具有相同的匝數即1:匝數比但有些更新的耦合電感擁有更高的匝數比。耦合電感的耦合系數K一般約為0.95,遠低于自定義變壓器至少為0.99的系數。耦合電感的互感系數讓其在一些回描應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,根據其繞組實際為串聯還是并聯,耦合電感的電流規格也不同。例如,繞組為串聯時,等效電感就會因為互感而超過額定電感的2倍。飽和及RMS 電流額定值一定適用于同時流過兩個繞組的電流,除非產品說明書中另有說明。理解這些規范以后

7、,我們便可以對現實應用中的一些耦合電感例子進行研究。更小尺寸且更高效的SEPIC盡管DC/DC單端初級電感轉換器(SEPIC拓撲不是什么新東西,但的確直到最近它才開始流行起來,然而,對于能夠對高低輸入電壓之間的輸出電壓(例如:12V未校準插墻式電源進行調節的轉換器需求一直都存在。雖然我們可以將任何升壓轉換器/控制器配置為一個 SEPIC,但其在最近才得到普遍的使用。兩個因素促進了 SEPIC的人氣大增:(1 IC制造廠商已經開始制造更多具有電流模式控制功能的升壓控制器,旨在簡化補償;(2電感制造廠商已經開始制造許多可以最小化轉換器總 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

8、獨電感應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。圖1 使用TI TPS61170和Wuerth 744877220的SEPIC更吸引人的是,使用一個1:1耦合電感的SEPIC可迫使電感紋波電流在兩個繞組之間分開,從而允許使用兩個單獨電感要求電感的一半,產生相同的紋波電流。相對于相同尺寸封裝中雙倍電感值的兩個單獨電感,耦合電感具有更低的DC電阻,有助于提高總轉換器效率。特別是15-V輸入和12-V、325-mA輸出時,圖1所示SEPIC的效率超出91%。更小尺寸的ZETA轉換器由于使用了兩個電感和一個耦合電容,ZETA

9、轉換器擁有與SEPIC一樣的升壓降壓功能,但使用的是一個降壓控制器而非升壓控制器。圖2顯示了ZETA結構中所使用的TI TPS40200和Coiltronics DRQ74。與SEPIC一樣,得益于分離電感紋波電流,這種ZETA轉換器只要求一半的電感就能得到相同的紋波電流。同樣類似的,其總體電源體積比使用兩個單獨電感小三分之一。由于輸出電感電流不斷經過ZETA轉換器輸出,ZETA轉換器的輸出電壓具有比相同電感的SEPIC更低的紋波。因此,相比SEPIC,ZETA可能更適合于低噪聲應用。圖2 使用TI TPS40200和Coiltronics DRQ74的ZETA轉換器分離軌電源匹配正負電源軌是

10、許多工業應用的常見要求,對放大器而言更是如此。我們可以對寬輸入范圍降壓轉換器進行配置,以提供負輸出電壓。使用一個耦合電感代替這種反相降壓轉換器的電感,并增加一個二極管和電容器,便可將這種反相降壓轉換器變為一個雙輸出的轉換器。圖3顯示了以這種方法使用的TI TPS54160和Coilcraft 150-H MSD1260。只要每個軌的負載稍有接近,我們就對每個軌之間的差異進行調節而非單獨調節每個軌,但耦合電感卻可以幫助提供對每個軌進行調節。圖3 使用TI TPS54160和Coilcraft MSD1260的分離軌降壓轉換器更高的輸出電壓集成FET的DC/DC轉換器的輸出電壓受限于轉換器的開關電流額定值。將一個1:1以上匝比的耦合電感連接至轉換器的開關(SW引腳,可以擴展所有升壓轉換器的有效輸出電壓范圍。例如,圖4顯示了30-V絕對最大電流額定值的TI TPS61040升壓轉換器,其作用是提供35V或更高的電壓,同時還顯示了一個1:2耦合電感Coilcraft LPR4012-103B。耦合電感結構多繞組端與二極管