我可以在 SEPIC 转换器中使用共模扼流圈作为耦合电感吗

电器工程 电感器 共模扼流圈 脓毒症
2022-01-18 07:20:36

我不太了解共模扼流圈和耦合电感器之间的区别。它们都是围绕同一个磁芯缠绕的 2 个线圈,但我知道它们有不同的用途。我想设计一个带有耦合电感的 SEPIC 转换器,但它需要高额定电流和大约 1 mH 的电感值。然而,耦合电感器没有这些规格,而共模扼流圈有。如果电感器的磁通方向相同,是否可以在 SEPIC 转换器中使用共模扼流圈作为耦合电感器? 来自德州仪器的参考文档

4个回答

可能是。但不幸的是,可能的答案是“不适合您的应用程序”。此外,一个更好的问题可能是,“我应该使用共模扼流圈而不是耦合电感器吗?” 这个问题的答案始终是否定的。

共模扼流圈通常有两个额定值,差模电流和共模电流。如果您发现了一些“具有正确规格”的肥胖家猫大小的大型扼流圈(它具有您需要的高共模电流),那么可以肯定,它会“工作”。这肯定不是最好的选择,但它会起作用。

如果您正在查看共模扼流圈的电流额定值并将它们描述为“高”或单位是整安培,那么这就是差模电流额定值。对于使用耦合电感器的任何应用,该额定值都毫无意义。该电流额定值是可以处理多少安培差模电流的额定值。几乎没有(换句话说,绕组之间的电流完全平衡,相等,但方向相反,例如电源和接地回路)。

这个电流抵消了它自己的磁通量,所以它只会看到相当于电感的漏感。换句话说,仅当您实际上并未“使用”电感时,差模电流才是最大电流。 它本质上是阻力有限的。因为它是以磁性方式存储能量的电流的额定值,所以请记住,电感是存储在磁场中的能量的量度。

对于 SEPIC 或任何使用电感器的电路来说,重要的是电感器的饱和电流。这是在某些选定的电感下降发生之前磁芯可以承受的最大电流(通常使用 20-30% 作为此下降)。或者换一种说法,饱和电流是磁芯在“充满”之前可以在磁场中存储多少能量。当它“充满”时,磁芯无法存储更多能量,因此增加超过此点的电流将很快仅存储与空芯一样多的额外能量,这表现为电感的快速损失。

这实际上如何发挥作用在很大程度上取决于核心材料。各种铁氧体饱和,就像热果冻以每小时 100 英里的速度撞击碳化硅壁。太接近饱和点根本就不行,太冒险了,而且下降太突然了。

铁粉芯,或者我最喜欢的羰基铁,线性饱和,所以即使达到两倍的饱和电流,你仍然会剩下 40% 的电感。在任何有用的频率下使用像这样的磁粉芯也会有高得离谱的磁芯损耗,但它在某些情况下对峰值电流很有用。

扼流圈可以是任一核心,两种类型都经常用于共模扼流圈。但这并不重要,因为没有额定电流为 1mh 的共模扼流圈。 没有符合您规格的扼流圈 - 因为您使用差模电流额定值,就好像它的饱和电流一样,但事实并非如此。额定电流超过数百毫安饱和/共模电流的大型 1mh 扼流圈将是非常肥大的家猫大小(如前所述)。1 毫亨利是一如果你想储存那么多能量,你需要绝对毫升/英寸^3 的磁芯材料。没有办法解决它。

以这个人为例。至少对于 PCB 级的东西来说,它已经是一个庞然大物了,它有你的电感等级,不,它不会在饱和之前处理 16A 的电流。它将处理240mA用作耦合电感时,峰值电流为 240mA。我不会称之为“高电流”,但你并没有真正提到你需要什么样的电流,所以也许这就足够了。可能不是。

这让我想到了不是你所问问题的答案,而是你需要的答案。我非常怀疑您是否会找到符合您规格的廉价、批量生产的耦合电感器(或可能被误用的扼流圈)。如果您实际上需要 10A 时的 1mH 或任何您想到的,那么期望定制这样的东西,并期望它非常昂贵。

没有的原因是因为不需要那么大的耦合电感器,也没有理由大规模生产它们并像扼流圈和合理的耦合电感器那样降低成本。我想说的是,如果您认为您需要一个 1mH 大电流耦合电感器,那么您的设计本身就有缺陷。我认为需要这么大电感的唯一原因是您想要转换对于开关频率太低的电流太高。

那个设计是错误的。没有理由这样做。我怀疑您选择了一些开关频率相对较低的特定控制器或驱动器,并且想以极高的成本和没有优势来构建劣质且不切实际的 DC/DC 转换器,除非您不必学习如何使用实际上适合您的最终目标的芯片。我怀疑这是因为我去过那里,我们可能在某个时候都去过。我在这里不做任何判断,并且坦率地承认我过去曾犯过罪。而我现在所知道的是,如果你认为你需要这么大的电感器和高功率,那么你对开关转换器的了解还不够,无法制造出如此高的功率。

不要放弃这个目标,而是通过采取一些中间步骤并制作更小的东西来实现它。了解一堆拓扑和控制器。弄清楚如何选择自己的 MOSFET。了解为什么电解只是 100KHz 以上的美化电阻,或者在 DC 偏置下 II 类陶瓷电容器会发生什么(提示:它们会失去电容。有时大部分是。有趣!=P)。了解为什么要优化每毫米的布局,以及几纳亨的寄生电感会花费您多少成本。了解如何抑制开关节点的振铃电压。最重要的是,了解为什么 SEPIC 转换器既不适合也不需要用于输入高于或低于输出的高功率产品。如果使用 4 开关真正的降压-升压,您会做得更好。

忽略这一切,您甚至不需要耦合电感器 - 您只需使用两个电感器即可。它们不必在同一个核心上。共享内核的唯一好处是减少纹波电流。或者您可以通过将开关频率加倍或在当前频率下使用两相来执行相同的操作。其中任何一个都将更容易、更便宜、更有效和可行。事实上,将频率加倍还可以获得其他各种好处,例如减少输入纹波、减少所需的电感、减小尺寸、降低成本。

不是 1990 年,我们的开关元件可以具有如此低的损耗,以至于高电感电感器的电阻损耗以及磁芯/磁滞损耗超过了数百 KHz 的开关损耗。即便如此,如果你做得对,更快的速度可能会花费你一两瓦特。看看 LT8705 或其他几十个 4 开关降压升压转换器。它们可以让你做任何 sepic 可以做的事情,但电感只有 10µH,EMI 更少,效率更高,比一副卡片还小,并且可以使用实际存在的组件构建。如果您使用的东西以 52KHz 或 70Khz 或 100KHz 切换,那么您已经过时了 26-27 年。如果你想转换高功率电平,那么,我们当时不容易,并非没有它比简单地使用大铁和大铜线性变压器/船锚更昂贵。开关模式电源开始出现是有原因的。直到最近,高功率开关模式电源才比线性电源大(但可能更轻)。您似乎想象的功率密度对于您选择的任何芯片都是不可能的。不过没关系,现在有更好的选择。

所以,我知道你从来没有问过这个。

但是,如果我要给你一个超出你实际要求的最有用的答案,那就是当你说你需要一个 1mh 大电流耦合电感器时......不。你没有。

共模扼流圈仅具有高电感,因为来自差分电流的累积磁通,这意味着如果您尝试将它们用作普通电感器,它们将没有额定电感。

换句话说,它们仅对绕组之间的电流差异具有高电感,而绕组本身没有额定电感。

如果您查看一些共模扼流圈的数据表,您会发现电感的额定电流非常小(共模电流),例如 100 mA 左右,即使电感本身的额定电流为 10 A 或更多的。

http://www.murata.com/~/media/webrenewal/products/emc/emifil/knowhow/26to30.ashx

原则上,您可以将共模扼流圈用作 sepic 中的耦合电感器或用作另一个电路中的 1::1 变压器,因为所有这些只是缠绕在磁芯上的两个绕组。

但是,它的电流能力比您通过查看数据表所期望的要低得多。共模扼流圈旨在用于两个绕组中几乎相同的电流,以使产生的磁通几乎完全抵消。

因此,它们不需要存储大量能量,并且可以对任何电流不平衡产生高电感。

使用共模扼流圈很有诱惑力,因为它们体积小、价格便宜且易于找到。但这并不好,因为电流在 SEPIC 及其表亲 CUK 和 ZETA 中流动使磁场增加而不是消除.