magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 31 resz

Robert teljesítményelektronikai sorozatának soron következő témája a kapcsolóüzemű tápegységek közkedvelt SEPIC-topológiájának néhány fontos, bár „első látásra” nem nyilván­-való tulajdonsága.

.

 

 

 

Figyeljünk az áramokra a SEPIC csatolt tekercseiben – 1. rész

 

Ebben a részben a SEPIC[1]-topológiához szükséges csatolt tekercsek szórt induktivitására vonatkozó követelményeket vizsgáljuk. A SEPIC nagyon hasznos megoldás, ha a be- és kimenet között nem szükséges galvanikus leválasztást megvalósítani, és a kime­neti feszültség nagyobb és kisebb is lehet a bemenetnél. Célszerűen használható olyan alkalmazásokban is, amikor rövidzárvédett feszültségnövelő kapcsolásra van szükségünk. A SEPIC-átalakítók előnyei közé tartozik még, hogy egyetlen kapcsolóelemmel megvalósíthatók, és a bemeneti áramuk folytonos, amelynek következtében alacsony az elektromágneses zavarsugárzásuk (EMI). Az 1. ábrán látható topológiához vagy két független induktív elemre, vagy – mivel a tekercseken hasonló a feszültség időfüggvénye – az ábrán is látható módon két, egymással csatolásban levő induktivitásra van szükség. A csatolt tekercsek használata azért vonzó ötlet, mert helyigénye és ára kisebb, mint két független tekercsé. Az alkalmazás hátulütője viszont, hogy a készen kapható csatolt tekercsek nem mindig jelentenek optimális megoldást a lehetséges alkalmazások teljes tartományában. Az áramkör áram- és feszültség-jelalakjai hasonlítanak a folytonos áramüzemmódú flyback konverteréhez. Amikor a Q1 tranzisztor vezet, a bemeneti feszültséget rákapcsolja a csatolt tekercspár primer tekercsére, és a felvett energiát a mágneses tér tárolja. A Q1 kikapcsolásakor az induktivitáson levő feszültség előjelet vált, nagyságát pedig a kimeneti feszültség határolja. A C_AC-kondenzátor az az elem, amely megkülönbözteti a SEPIC-áramkört a flybacktől: amikor a Q1 vezet, a szekunder tekercs árama ezen át folyik a föld felé. Amikor a Q1 ki van kapcsolva, a C_AC-kondenzátoron a primer tekercs árama folyik át, és hozzáadódik a D1-en folyó kimeneti áramhoz. E topológia nagy előnye a flybackkel szemben, hogy mind a fet, mind a dióda feszültségét határolja a C_AC-kondenzátor feszültsége, ezért az áramkör lengő tranziensei nagyon kicsik vagy elhanyagolhatóak. Ennek a következménye, hogy alacsonyabb határfeszültségű, jobb hatásfokú teljesítmény-félvezetőket alkalmazhatunk.

 

texas1

1. ábra A SEPIC-konverter egyetlen kapcsolóval is képes a bemeneti feszültségnél nagyobb és kisebb feszültséget is előállítani


    Mivel a topológia hasonlít a flybackhez, sokan úgy gondolják, hogy szorosan csatolt tekercsekkel érhető el a legjobb eredmény. Ám nem ez a helyzet. A 2. ábrán láthatjuk a folytonos üzemű SEPIC-átalakító két állapotának helyettesítő képét, amelyen a transzformátort a szórt induktivitásával (LL), a mágneses energiatároló induktivitásával (LM) és egy ideális transzformátorral (T) modelleztük. Látható, hogy a szórt induktivitás feszültsége azonos a C_AC-kapacitáséval. Ezért, ha nagy váltakozó feszültséget használunk kis értékű C_AC-kondenzátornál vagy kis értékű szórt induktivitásnál, az nagy áramot eredményez. A nagy áram pedig csökkenti a konverter hatásfokát és növeli az elektromágneses zavarsugárzását.

 

texas2

2. ábra A SEPIC-konverter helyettesítő képe bekapcsolt (a) és kikapcsolt (b) teljesítménykapcsoló MOSFET esetén. A szórt induktivitás váltakozó feszültsége azonos a csatolókondenzátoréval. (Az egyenáramú helyettesítőkép-elemeket nem ábrázoltuk.)


A nemkívánatos hatások csökkentésének egyik módja a csatolókondenzátor (C_AC) értékének növelése, amely viszont növeli a méretet és az árat, továbbá rontja a megbízhatóságot. Okosabb megközelítésnek tűnik a szórt induktivitás növelése (a két tekercs közötti csatolás „lazítása” – a szerk megj.), amelyet egyedi, e célra optimalizált tekercs gyártásával érhetünk el.
    Érdekes módon ezt a tényt csupán néhány induktívalkatrész-gyártó ismerte fel – többségük a SEPIC-kapcsolásokhoz is alacsony, szórt induktivitású, szorosan csatolt tekercseket ajánl. Ellenpélda a Coilcraft induktívelem-gyártó, amelynek MSD1260 típusjelű, 47 μH induktivitású, csatolt tekercsének 0,5 μH a szórt induktivitása. A cég később választékba vette az előbbi típus 10 μH szórt induktivitású változatát. Ezzel a típussal építjük fel a cikksorozatnak a Magyar Elektronika 2014/3. számában következő folytatásában a példának szánt áramkört.

 

REFERENCIA

Betten, John; „SEPIC Converter Benefits from Leakage Inductance”, PowerPulse.net, http://www.powerpulse.net/techPaper.php?paperID=153


Coilcraft katalógus, MSD1260 adatlap (ebben a nagyobb szórt induktivitású alkatrészek irányú igényekkel foglalkozó kontaktszemély elérhetősége is megtalálható). http://www.coilcraft.com/forms/question.cfm

 

www.ti.com/power-ca



[1]SEPIC (Single Ended Primary Inductor Converter) a hagyományos feszültségnövelő/csökkentő DC/DC-átalakító alapkapcsolás olyan változata, amelynél 1. a kimeneti és bemeneti feszültség polaritása azonos, 2. soros kondenzátor csatolja az energiát a bemenetről a kimenet felé, ezért „békésen” reagál a kimeneti rövidzárra, és 3. „rendesen” kikapcsolható, azaz a kapcsolótranzisztor tartós kikapcsolásával a kimeneti feszültség nullára csökken – A szerk. megj.

 

 

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

 

 
 
 

 

   
Advertisement
--!>