magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 32 resz

Robert – sorozatának előző részében – megál­lapította, hogy a SEPIC-topológiájú DC/DC-konverter csatolt tekercsénél nem a – felületes szemlélő számára optimálisnak tűnő – szoros csatolás a legkedvezőbb. A mostani cikk az előző havi cikkünk fejtegetését folytatva egy szorosan és egy lazán csatolt tekerccsel meg­va­lósított kapcsolás összehasonlítását mutatja be.

.

 

 

Figyeljünk az áramokra a SEPIC csatolt tekercseiben – 2. rész

 

Ebben a cikkünkben folytatjuk a Magyar Elektronika előző lapszámában megkezdett vizsgálódásunkat, amelynek az volt a célja, hogy megállapítsa a SEPIC-topológiában használt csatolt tekercs optimális, szórt induktivitását. Rámutattunk arra a tényre, hogy a csatolókondenzátoron levő váltakozó feszültség azonos a csatolt tekercs szórt induktivitásának feszültségével. A szórt induktivitás feszültsége pedig nagy áramokat indukálhat a tápegységben. A 2. részben bemutatjuk a mérési eredményeket olyan tápegységekben, amelyek egyikét lazán, a másikát pedig szorosan csatolt induktivitással valósítottunk meg.
    Megépítettük az 1. ábrán látható áramkört, és megvizsgáltuk
a tulajdonságait. Ez egy olyan áramkör, amely például az autóelektronikában kaphat szerepet. Bemeneti feszültségtartománya széles, 8…36 V,  tehát kevesebb és több is lehet a jármű elektromos hálózatának szabályozott, 12 V-os feszültségénél. Az autóelektronikai tervezők a kerámiakondenzátort részesítik előnyben szélesebb üzemi hőmérséklet-tartománya, hosszú élettartama, nagy csúcsáramtűrése és nagy megbízhatósága miatt. Következésképpen a C6-kondenzátor helyére kerámiakondenzátort választunk. Ez azt jelenti, hogy egy nagyobb kapacitású elektrolitkonden­zátorhoz viszonyítva nagyobb váltakozó feszültség esik rajta, ezért az áramkör fokozottan érzékennyé válik a kis szórt induktivitású, csatolt tekercsek használata esetén.

TexasPower32 ME 2014 3  abra-1

1. ábra Egyetlen kapcsolófettel megvalósított, feszültségcsökkentésre és növelésre egyaránt alkalmas SEPICkonverter kapcsolási rajza


Kétféle Coilcraft-gyártmányú, 47 μH-s csatolt tekercs felhasználásával vizsgáltuk meg ezt az áramkört: az MSD1260 típussal, amelynek igen alacsony (0,5 μH), valamint az MSC1278 típussal, amelynek nagy értékű (14 μH) a szórt induktivitása. A 2. ábra a kétféle csatolt tekercs primer áramának jelalakját hasonlítja össze. Az a  ábrán az L1 pozíciószámú (MSC1278) induktivitás 1. kivezetésébe befolyó áram jelalakját láthatjuk, a b ábrán pedig ugyanezt, de az MSD1260 típusú induktivitással az L1-pozícióban. Az a ábra áramjelalakja olyan, amilyennek várnánk: főként egyenáram, egy háromszögjel alakú, váltakozó áramú komponenssel. A b ábra azt az esetet mutatja, amikor nagy váltakozó feszültség mérhető a csatolókondenzátoron és a kis értékű szórt induktivitáson. A csúcsáram majdnem kétszerese a bemeneti áram egyenáramú komponensének, az áram effektív értéke pedig 50%-kal több annál az áramkörnél, amely nagy szórt induktivitású csatolt tekercset tartalmaz. Ezek után magától értetődik, hogy az elektromágneses zavarszűrés is a szorosan csatolt induktivitással kivitelezett áramkörnél jelent komolyabb problémát. A bemeneti áram váltakozó áramú összetevőjének értéke a szorosan csatolt induktivitással megvalósított áramkörnél ötszöröse a másikénak, ami azt jelenti, hogy a nagyobb AC-komponens miatt 14 dB-lel nagyobb zavarelnyomást kell megvalósítanunk. A nagyobb effektív áram másik következménye a DC/DC-konverter hatásfokában mutatkozik meg. Az 50%-kal magasabb effektív áram miatt az alkatrészek ellenállásán disszipálódó veszteségi teljesítmény több mint kétszerese a lazán csatolt tekerccsel kivitelezett megoldásénak.

 

TexasPower32 ME 2014 3  abra-2

2. ábra Az alacsony szórt induktivitású csatolt tekercsben jelentős nagyságú primer áram folyik

 

A 3. ábra a hatásfok változását mutatja abban az esetben, ha az áramkörben a csatolt tekercsen kívül semmi mást nem változtatunk. Mindkét eredmény elismerésre méltó: közel 90%, (12 V-os be- és kimeneti feszültségnél mérve). Ha viszont a terhelésváltozás hatásait vizsgáljuk, a lazán csatolt tekerccsel megvalósított áramkör 1…2%-kal jobb hatásfokot produkál a teljes terheléstartományban még akkor is, ha a szorosan és a lazán csatolt tekercsnek azonos az egyenáramú ellenállása.

TexasPower32 ME 2014 3  abra-3

3. ábra A nagy szórt induktivitású MSC1278 csatolt tekercs jobb hatásfokú az alacsonyabb eff ektív áram miatt


Összegezve: Ha egy SEPIC-konverterben csatolt induktivitást alkalmazunk, azzal a teljes áramkör méretét és árát is csökkentjük. Fontos azonban, hogy a csatolt tekercs ne legyen szoros csatolású. Valójában a szoros csatolás növeli az áramkörben folyó áramokat, amelynek következtében nagyobb nehézségekbe ütközik az EMI-szűrés, továbbá csökken a hatásfok. A legegyszerűbb tervezési módszer, ha szimulációval választjuk meg a szórt induktivitás elfogad­ható mértékét. Ezzel szemben jártható az az út is, hogy megbecsüljük a feszültséget a csatolókondenzátoron, beállítunk egy megengedhető áram-hullámosságot, és ebből számítjuk ki a minimálisan szükséges szórt induktivitást.

További információkat erről és más teljesítményelektronikai megoldásokról a www.ti.com/power-ca webcímen találhat az érdeklődő.

 

REFERENCIA
Betten, John; „SEPIC Converter Benefits from Leakage Inductance,” PowerPulse.net, May 2010.

 

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

31. 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.