耦合和非耦合电感SEPIC电压转换器

<[p] >单端初级电感DC-DC转换器(SE[p] IC)是一种灵活的拓扑结构，可以既发挥降压(“降压”)和升压(“助推”)稳压器。该设计是普遍的，因为工程师它具有最小的活性成分，一个简单的控制器，并夹紧开关波形提供低噪音运行。与SE[p] IC通过其使用两个电感区分。电感器可以保持分开(“非耦合”)或缠绕到一个共同的核心(“耦合”)。有在如何电路工作为任一类型的差别不大，和设计者经常不确定哪个的方法是最好的，或者是否有实际上两者之间的任何真正的区别。本文将仔细看看这两种类型，突出差异，并解释了优势和各自的优缺点。添加一个电感器与线性稳压器，DC-DC开关稳压器能够从降压翻转，当电池电压低于所需要的稳压器输出到升压模式。因为它允许更多的电池的能量的被访问的升压配置是有用的。所述SE[p] IC稳压器是基于一个标准的降压/升压的设计，但具有额外的电感器和电容器。与SE[p] IC拓扑的主要优点是，不象传统的降压/升压调节器，它不反转，输出电压相对于输入。在SE[p] IC稳压器的设计中，主电感器的一端连接于电池的正极端子(因此SE[p] IC的名称)。电容器组的输入和输出之间的任何DC分量。加入这个电容意味着第二电感必须加入，从而二极管的阳极可以连接到已知电位(通常接地)。第二电感器可以被耦合到初级或分开(未偶联)。图1示出了耦合电感SE[p] IC。在该电路中，当开关元件(场效应晶体管(FET)[Q1])导通时，输入电压施加在第一电感器施加(初级绕组)。由于耦合芯的卷绕比为1：1，感应在次级绕组上的电压也等于输入电压。<[p] >&nbs[p] ;<[p] >&nbs[p] ;<[p] >图1：电感耦合SE[p] IC稳压器。(德州仪器提供)的图1所示电路工作在一个非常类似的方式，当耦合线圈排列替换用两个电感耦合。然而，虽然电感耦合版本必须匹配(是，在伏微秒平衡必须保持那个)，这不是对非耦合版本的情况。尽管如此，工程师通常假设电感的耦合设计得匹配。然而，虽然这是可以接受的，可以做简单起见，输出电感也可以是一个较低的值(以及因此更小，成本更低)比输入侧。输出侧电感器的值可通过由相当于VOUT / VIN的典型值的比率缩放的初级电感器的值来计算。两个SE[p] ICs的故事事实证明，非耦合电感SE[p] IC的电压和电流波形是非常相似的耦合电感版本。事实上，波形是如此的相似，它是很难告诉他们分开。因此，如果有一个在SE[p] IC类型之间的电路操作几乎没有差别，它的问题是哪一个工作吗 一个深思熟虑的选择是很重要的，因为每种技术都有其优势。例如，一个耦合电感SE[p] IC稳压器通常选择，因为它减少了元件数量，更高的集成水平，并降低了总的电感要求相比，使用两个单电感器。一个主要优点是，稳压器的纹波电流之间的耦合电感允许每个的电感减半分割。该设计则有利于从一个较小的输入电容器和简单的EMI滤波。耦合电感SE[p] ICs也可以表现出漏感，从而降低交流电流损耗。最后一个优点在于，耦合电感设计显示比非耦合电感版本更良性控制环特性。然而，耦合设计的缺点是，有一个有限的选择现成的，货架更高功率耦合电感的。一个选项，以克服的商业选择的缺乏对于工程师设计他或她自己的设备;但他们必须指定所有电参数，以及与外包定制组件相关联的长的交货时间，交易。选择耦合电感开辟了更广泛的选择现成的货架组件。由于电感器不必是相同的，不同的元件尺寸可以被选择为每个，提供了更大的选择。然而，即使第二电感可以比第一，典型的是额外的10%的电路板面积，仍然需要两个非耦合电感器相比，电感耦合com[p] onent.&su[p] 1;一个公司，它提供了一个良好的范围耦合电感为SE[p] IC较小稳压器应用是伍尔特电子。该公司的WE-DD范围内，例如，有五种不同尺寸的，并且可以与和DC电流达8.6 A中的饱和电流达18 A(图2)进行操作。伍尔特电子也产生了关于其耦合电感产品的有用的产品培训模块。<[p] >&nbs[p] ;<[p] >&nbs[p] ;<[p] >图2：伍尔特电子提供了一系列耦合电感器SE[p] IC应用。有耦合电感器SE[p] IC稳压器的应用，包括电子伍尔特再次，商Bourns，村田电源解决方案，和TE连接的许多供应商。有一个小的涨幅高达0.5%，为耦合电感的设计效率。图3示出了两个可比较设计为车辆的效率= 12和24 V和VOUT = 16 V.该效率增益通常向下降低绕组从较小的电感器中的耦合设计中使用的损失。<[p] >&nbs[p] ;<[p] >&nbs[p] ;<[p] >图3：效率曲线cou[p] led-和耦合电感调节器。<[p] >图4(德州仪器提供)显示了在非耦合电感SE[p] IC配置中使用的是德州仪器的LM2735开关电压调节器。的LM2735是可以内部设置在任520千赫或1.6兆赫至操作2.1开关调节器。输入电压范围为2.7〜5.5 V，输出电压范围为3〜24 V.该公司表示，LM2735允许使用小型电感器和电容器的效率，同时操作高达90%。在图2所示的设计(1.6兆赫VIN = 2.7至5伏时，VOUT = 3.3V以500mA)采用两个相同的电感测量6.8μH。<[p] >&nbs[p] ;<[p] >&nbs[p] ;<[p] >图4：基于TI的LM2735非耦合电感器SE[p] IC稳压器设计。<[p] >Maxim的集成还提供了SE[p] IC设计集成开关电压调节器。的MAX629设计为从输入电压在0.8至28伏的范围提供输出电压高达28伏。可达300千赫的MAX629的开关频率允许使用小耦合或耦合电感器。在总结SE[p] IC拓扑结构是一个很好的选择，以使输出电压不反转的附加优点降压/升压调节器。该稳压器可使用一个耦合电感或两个耦合线圈来实现。耦合电感器版本带来小幅提高效率，降低电路面积，更良性的控制环路的特点，而且比非耦合电感器型EMI更少的挑战。