耦合電感拓展了DC/DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用
出處:hxh112439 發(fā)布于:2012-09-18 15:17:35
更小尺寸且更高效的 SEPIC
盡管對(duì)于能夠?qū)Ω叩洼斎腚妷褐g的輸出電壓(例如:未經(jīng)調(diào)節(jié)的墻上 12V 電源)進(jìn)行調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換器需求一直都存在,而且 DC/DC 單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC) 拓?fù)湟膊皇鞘裁葱聳|西,但的確直到近它才開(kāi)始流行起來(lái)。雖然我們可以將任何升壓轉(zhuǎn)換器/控制器配置為一個(gè) SEPIC,但其在近才得到普遍的使用。兩個(gè)因素促進(jìn)了 SEPIC 的人氣大增:(1) IC 制造廠商已經(jīng)開(kāi)始制造更多具有電流模式控制功能的升壓控制器,旨在簡(jiǎn)化補(bǔ)償;(2) 電感制造廠商已經(jīng)開(kāi)始制造許多可以化轉(zhuǎn)換器總 PCB 體積的單封裝耦合電感。特別是,改用耦合電感以后,許多具有兩個(gè)單獨(dú)電感應(yīng)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(gè) SEPIC.

圖 1 使用 TI TPS61170 和 Wuerth 744877220 的 SEPIC.
更吸引人的是,使用一個(gè) 1:1 耦合電感的 SEPIC 可迫使電感紋波電流在兩個(gè)繞組之間分開(kāi),從而允許使用兩個(gè)單獨(dú)電感要求電感的 2/1,產(chǎn)生相同的紋波電流。相對(duì)于相同尺寸封裝中 2 倍電感值的兩個(gè)單獨(dú)電感,耦合電感具有更低的DC 電阻,其有助于提高總轉(zhuǎn)換器效率。特別是,15-V 輸入和 12-V、325-mA 輸出時(shí),圖 1 所示 SEPIC 的效率超出 91%.更多詳情,請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1.
更小尺寸的 ZETA 轉(zhuǎn)換器
由于使用了兩個(gè)電感和一個(gè)耦合電容,ZETA 轉(zhuǎn)換器擁有與 SEPIC 一樣的升壓降壓功能,但使用的是一個(gè)降壓控制器而非升壓控制器。圖 2 顯示了 ZETA 結(jié)構(gòu)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,相同的紋波電流這種 ZETA 轉(zhuǎn)換器只要求一半的電感。還是與 SEPIC 一樣,其總體電源體積比使用兩個(gè)單獨(dú)電感小三分之一。由于輸出電感電流不斷流入 ZETA 轉(zhuǎn)換器的輸出,ZETA 轉(zhuǎn)換器的輸出具有比相同電感的SEPIC 更低的紋波。因此,相比 SEPIC,ZETA 可能更適合于低噪聲應(yīng)用。更多詳情,請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 2.

圖 2 使用 TI TPS40200 和 Coiltronics DRQ74 的 ZETA 轉(zhuǎn)換器
分離軌電源
匹配正負(fù)電源軌是許多工業(yè)應(yīng)用的常見(jiàn)要求,對(duì)放大器而言更是如此。我們可以對(duì)寬輸入范圍降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行配置,以提供負(fù)輸出電壓。使用一個(gè)耦合電感代替這種反相降壓轉(zhuǎn)換器的電感,并增加一個(gè)二極管和電容器,便可將這種反相降壓轉(zhuǎn)換器變?yōu)橐粋€(gè)雙輸出的轉(zhuǎn)換器。圖 3 顯示了以這種方法使用的 TI TPS54160和 Coilcraft 150-μH MSD1260.只要每個(gè)軌的負(fù)載稍有接近,我們就對(duì)每個(gè)軌之間的差異進(jìn)行調(diào)節(jié)而非單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)軌,但耦合電感卻可以幫助提供對(duì)每個(gè)軌的優(yōu)異調(diào)節(jié)。更多詳情,請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn) 3.

圖 3 使用 TI TPS54160 和 Coilcraft MSD1260 的分離軌降壓轉(zhuǎn)換器。
更高的輸出電壓集成 FET 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓受限于轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電流額定值。將一個(gè) 1:1 以上匝比的耦合電感連接至轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān) (SW) 引腳,可以擴(kuò)展所有升壓轉(zhuǎn)換器的有效輸出電壓范圍。例如,圖 4 顯示了 30-V 電流額定值的 TI TPS61040 升壓轉(zhuǎn)換器,其作用是提供 35V 或更高的電壓,同時(shí)還顯示了一個(gè) 1:2 耦合電感 Coilcraft LPR4012-103B.耦合電感結(jié)構(gòu)多繞組端與二極管串聯(lián)時(shí),單繞線電感--以及由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān) FET-電壓只有輸出電壓的三分之一,即負(fù)輸入電壓。

圖 4 具有更大輸出電壓范圍的 TI TPS61040 和 Coilcraft LPR4012-103B
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