Могу ли я использовать синфазный дроссель в качестве соединенного индуктора в преобразователе SEPIC

Я не очень понимаю разницу между синфазными дросселями и связанными индукторами. Обе эти 2 катушки намотаны вокруг одного и того же ядра, но я знаю, что они имеют разные цели. Я хочу разработать преобразователь SEPIC со связанной индуктивностью, но для него требуются высокие значения тока и значение индуктивности около 1 мГн. Однако у связанных индукторов нет этих спецификаций, в то время как у синфазного дросселя. Можно ли использовать синфазный дроссель в качестве соединенного индуктора в преобразователе SEPIC, если индукторы подключены так, что их поток направлен в одном направлении? Справочный документ от Texas Instruments

Может быть. Но вероятный ответ «не для вашего приложения», к сожалению. И, кроме того, лучше задать вопрос: « Должен ли я использовать синфазный дроссель вместо соединенного индуктора?» И ответ на этот вопрос всегда нет .

Синфазные дроссели обычно имеют два номинала: ток дифференциального режима и ток синфазного режима. Если вы нашли какую-то крупную удушку размером с домашнюю кошку с ожирением, которая «имеет правильные характеристики» (у нее достаточно высокий ток синфазного сигнала, который вам нужен), то, конечно, она будет «работать». Это, конечно, не будет лучшим выбором, но это будет работать.

Если вы посмотрите на текущие номиналы синфазных дросселей и охарактеризовали их как что-то вроде «высокий» или единица измерения - целые амперы, то это номинальный ток в дифференциальном режиме. Этот рейтинг не имеет смысла для любых приложений, где можно использовать связанный индуктор. Этот текущий рейтинг является рейтингом, сколько ампер тока дифференциального режима может быть обработано. Их очень мало (иными словами, есть ток, который идеально сбалансирован, равен по фазе между обмотками, но в противоположных направлениях, например, для него возвращаются сила и земля).

Этот ток нейтрализует собственный магнитный поток, поэтому он будет видеть только значение индуктивности рассеяния. Другими словами, ток дифференциального режима является максимальным током, только если вы фактически не «используете» индуктивность. По сути, сопротивление ограничено. Поскольку это рейтинг для токов, которые не накапливают энергию магнитно, и имейте в виду, индуктивность является мерой энергии, запасенной в магнитном поле.

Что важно для SEPIC, или для любой схемы, в которой для индуктивности используется индуктор, то есть ток насыщения этой индуктивности. Это максимальный ток, который магнитный сердечник может выдержать до того, как произойдет выбранное падение индуктивности (в качестве этого падения часто используется 20-30%). Или, другими словами, ток насыщения - это количество энергии, которое магнитный сердечник может накопить в магнитном поле, прежде чем он станет «полным». Когда он «полон», то магнитный сердечник не может накапливать больше энергии, поэтому увеличение тока за пределами этой точки быстро сохранит столько же дополнительной энергии, сколько воздушный сердечник, что представляет собой быструю потерю индуктивности.

То, как это на самом деле разыгрывается, сильно зависит от материала ядра. Ферриты всех видов насыщаются, как горячее желе, ударяясь о стенку из карбида кремния со скоростью 100 миль в час. Подход слишком близко к точке насыщения просто не сделан, слишком рискован, и падение происходит слишком внезапно.

Железные порошковые сердечники, или мое любимое карбонильное железо, насыщаются линейно, поэтому у вас останется 40% индуктивности даже после того, как вы удвоите ток насыщения. У вас также будут смехотворно высокие потери в сердечнике при использовании порошкового сердечника на любой полезной частоте, но это может быть полезно для пиковых токов в определенных ситуациях.

Дроссели могут быть либо основными, оба типа часто используются для синфазных дросселей. Но это на самом деле не имеет значения, потому что нет синфазных дросселей, рассчитанных на высокий ток при 1 мч. Нет дросселей, которые соответствуют вашим требованиям - потому что вы используете номинальный ток в дифференциальном режиме, как будто это ток насыщения, а это не так. Большой 1-миллиметровый дроссель, рассчитанный на то, что ток насыщения / синфазного тока превышает сотню миллиампер, будет очень толстым домашним котом (как упоминалось ранее). 1 миллиенри - это тонна . Вам нужны чистые миллилитры / дюймы ^ 3 материала магнитного сердечника, если вы хотите сохранить столько энергии. Обойти это невозможно.

Возьми этого парня например. Это уже чудовище, по крайней мере, для вещей на уровне печатной платы, и у него есть рейтинг индуктивности, и нет, он не будет выдерживать ток 16 А до насыщения. Он будет обрабатывать 240 мА . Для использования в качестве связанного индуктора, его максимальный ток составляет 240 мА. Я бы не назвал это «сильным током», но вы не упомянули, какие именно токи вам нужны, так что, возможно, этого достаточно. Вероятно, нет, хотя.

Это подводит меня к тому, что не будет ответом на вопрос, который вы задали, а ответом, который вам нужен. Я очень сомневаюсь, что вы найдете дешевый серийный связанный индуктор (или дроссель, который может быть неправильно использован как один), который соответствует вашим требованиям. Если вам действительно требуется 1 мГн при 10 А или что-то еще, что вы ожидаете, сделайте это на заказ и ожидайте, что это будет очень дорого.

Причина, по которой их нет, заключается в том, что нет необходимости в таких больших индуктивных индукторах, которые не нужны для массового их производства и снижения стоимости, таких как дроссели и разумные связанные индукторы. Я пытаюсь сказать, что, если вы считаете, что вам необходим индуктор с большой силой тока 1 мГн, то ваша конструкция по своей сути ошибочна. Я думаю, что единственная причина, по которой это потребует такой большой индуктивности, заключается в том, что вы хотите преобразовать токи, которые слишком велики для слишком низкой частоты переключения.

Этот дизайн не так. Нет причин делать это. Я подозреваю, что вы выбрали какой-то конкретный контроллер или драйвер, который имеет относительно низкую частоту переключения, и хотите построить низкокачественный и непрактичный DC / DC конвектор с чрезвычайными затратами и преимуществами, за исключением того, что вам не нужно учиться пользоваться чип, который на самом деле подходит для вашей конечной цели. Я подозреваю это, потому что я был там, у нас, вероятно, все в какой-то момент. Здесь я не осуждаю и свободно признаю свою вину в прошлом. И теперь я знаю, что, если вы думаете, что вам нужен такой большой индуктор с высокой мощностью, то вы недостаточно знаете о переключении преобразователей для создания такого мощного.

Не отказывайтесь от этой цели, но работайте для ее достижения, сделав несколько промежуточных шагов и сделав мелкие вещи. Изучите множество топологий и контроллеров. Выясните, как выбрать свои собственные mosfets. Узнайте, почему электролитики - это просто прославляемые резисторы выше 100 кГц или что происходит с керамическими конденсаторами класса II при смещении постоянного тока (подсказка: они теряют емкость. Иногда большую часть этого. Весело! = P). Узнайте, почему вы будете оптимизировать компоновку для каждого миллиметра и сколько может стоить пара наногенри паразитной индуктивности. Узнайте, как снизить напряжение звонка узлов коммутатора. Прежде всего, узнайте, почему преобразователь SEPIC не подходит и не нужен для чего-то мощного, что может иметь вход выше или ниже выхода. Вы бы сделали намного лучше с истинным усилением доллара с 4 переключателями.

Игнорируя все это, вам даже не нужен связанный индуктор - вы можете просто использовать два индуктора. Они не должны быть на одном ядре. Единственное, что дает вам ядро ​​- это пониженный пульсационный ток. Или вы можете сделать то же самое, удвоив частоту переключения, или используя две фазы на текущей частоте. Любой из них будет намного проще, дешевле, эффективнее и выполнимым. Фактически, удвоение частоты дает вам и другие полезные вещи, такие как уменьшенная пульсация входного сигнала, необходимая меньшая индуктивность, меньший размер, меньшая стоимость.

Это не 1990 год, у нас есть переключающие элементы, которые могут иметь такие низкие потери, чтобы иметь резистивные потери от индукторов с более высокой индуктивностью, а также потери в сердечнике / гистерезисе, которые перевешивают потери переключения до сотен кГц. И даже тогда, если вы идете быстрее, это может стоить вам ватта или двух, если вы все делаете правильно. Взгляните на LT8705 или десятки других 4-х переключающих повышающих преобразователей. Они позволят вам делать все, что может делать сепик, но с 10 мкГн индуктивности, меньшим уровнем электромагнитных помех, большей эффективностью, меньшими, чем колода карт, и могут быть построены с использованием реально существующих компонентов. Если вы используете что-то, что переключается с частотой 52 кГц, 70 кГц или 100 кГц, то вы устарели примерно на 26-27 лет. Если вы хотите преобразовать высокие уровни мощности, ну, мы не могли бы тогда легко, не без того, чтобы быть более дорогим, чем просто использование больших железных и больших медных линейных трансформаторов / якорей для лодок. Существует причина, по которой переключатели режима питания начали появляться в самом начале. Источники питания с переключением в режиме высокой мощности были крупнее линейных (но, возможно, немного легче) до относительно недавнего времени. Плотность мощности, которую вы, по-видимому, представляете, была невозможна с любым выбранным вами чипом. Но это нормально, теперь есть намного лучшие альтернативы.

Итак, я знаю, что вы никогда не спрашивали об этом.

Но если я хочу дать вам самый полезный ответ, который выходит за рамки того, что вы на самом деле спрашивали, это просто то, что, когда вы говорите, вам нужен индуктор с большим током 1 мч .... нет. Вы не

Синфазные дроссели имеют высокую индуктивность только из-за накопленного потока от дифференциальных токов, что означает, что если вы попытаетесь использовать их в качестве обычных индукторов, они не будут иметь свою номинальную индуктивность.

Другими словами, они имеют высокую индуктивность только для разности токов между обмотками, но сами обмотки не имеют номинальной индуктивности.

Если вы посмотрите на таблицу данных от некоторых синфазных дросселей, вы увидите, что индуктивность рассчитана на очень малые токи (синфазный ток), скажем, 100 мА или около того, даже если сама индуктор рассчитана на 10 А или Больше.

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

В принципе, вы можете использовать синфазный дроссель в качестве соединенного индуктора в sepic или в качестве трансформатора 1 :: 1 в другой цепи, поскольку все это всего лишь две обмотки, намотанные на магнитный сердечник.

Тем не менее, он будет иметь гораздо меньшие текущие возможности, чем вы ожидаете, посмотрев на лист данных. Синфазные дроссели предназначены для использования с почти одинаковыми токами в двух обмотках, так что генерируемые потоки подавляются почти идеально.

Для этого им не нужно накапливать значительную энергию и они могут создавать высокую индуктивность при любом текущем дисбалансе.

Заманчиво использовать синфазные дроссели, потому что они маленькие, дешевые и их легко найти. Однако это не будет хорошо, потому что ток течет в SEPIC и в его кузенах CUK и ZETA, чтобы магнитные поля добавляли, а не отменяли ,