Kann ich eine Gleichtaktdrossel als gekoppelte Induktivität in einem SEPIC-Wandler verwenden?

Ich verstehe den Unterschied zwischen Gleichtaktdrosseln und gekoppelten Induktivitäten nicht wirklich. Sie sind beide 2 Spulen, die sich um denselben Kern wickeln, aber ich weiß, dass sie unterschiedliche Zwecke haben. Ich möchte einen SEPIC-Wandler mit einer gekoppelten Induktivität entwerfen, der jedoch hohe Stromwerte und einen Induktivitätswert um 1 mH erfordert. Gekoppelte Induktivitäten haben diese Spezifikationen jedoch nicht, während Gleichtaktdrosseln diese haben. Ist es in Ordnung, eine Gleichtaktdrossel als gekoppelte Induktivität im SEPIC-Wandler zu verwenden, wenn die Induktoren so angeschlossen sind, dass ihr Fluss in die gleiche Richtung verläuft? Referenzdokument von Texas Instruments

Könnte sein. Die wahrscheinliche Antwort lautet jedoch leider "Nicht für Ihre Bewerbung". Und außerdem könnte eine bessere Frage sein: " Sollte ich eine Gleichtaktdrossel anstelle einer gekoppelten Induktivität verwenden?" Und die Antwort auf diese Frage lautet immer nein .

Gleichtaktdrosseln haben typischerweise zwei Nennwerte, den Differenzmodusstrom und den Gleichtaktstrom. Wenn Sie eine massive Drossel von der Größe einer fettleibigen Hauskatze gefunden haben, die "die richtigen Spezifikationen" hat (sie hat den hohen Gleichtaktstrom, den Sie benötigen), dann wird sie sicher "funktionieren". Es wird sicherlich nicht die beste Wahl sein, aber es wird funktionieren.

Wenn Sie sich die Stromwerte von Gleichtaktdrosseln ansehen und sie als "hoch" bezeichnen oder das Gerät ganze Ampere hat, dann ist dies die Stromstärke im Differenzialmodus. Diese Bewertung ist für alle Anwendungen bedeutungslos, bei denen ein gekoppelter Induktor verwendet werden würde. Diese Nennstromstärke gibt an, wie viele Ampere Differenzmodusstrom verarbeitet werden können. Es gibt sehr wenig (mit anderen Worten, es gibt einen Strom, der perfekt ausgeglichen ist, gleich in der Phase zwischen den Wicklungen, aber in entgegengesetzte Richtungen, wie zum Beispiel die Leistung und die Erdungsrückführung dafür).

Dieser Strom hebt seinen eigenen Magnetfluss auf, sodass nur die Streuinduktivität der Induktivität angezeigt wird. Mit anderen Worten, der Differenzstrom ist nur dann der maximale Strom, wenn Sie die Induktivität nicht tatsächlich "verwenden". Es ist im Wesentlichen widerstandsbegrenzt. Da dies die Nennleistung für Ströme ist, die Energie nicht magnetisch speichern und berücksichtigen, ist die Induktivität ein Maß für die in einem Magnetfeld gespeicherte Energie.

Was für SEPIC oder wirklich jede Schaltung, die einen Induktor für seine Induktivität verwendet, wichtig ist, ist der Sättigungsstrom dieses Induktors. Dies ist der maximale Strom, dem der Magnetkern standhalten kann, bevor ein gewählter Induktivitätsabfall auftritt (20-30% werden häufig als dieser Abfall verwendet). Oder anders ausgedrückt: Der Sättigungsstrom gibt an, wie viel Energie der Magnetkern in einem Magnetfeld speichern kann, bevor er "voll" ist. Wenn es "voll" ist, kann der Magnetkern nicht mehr Energie speichern. Wenn Sie also den Strom über diesen Punkt hinaus erhöhen, wird schnell nur so viel zusätzliche Energie gespeichert wie ein Luftkern, was einen schnellen Induktivitätsverlust darstellt.

Wie dies tatsächlich abläuft, hängt stark vom Kernmaterial ab. Ferrit aller Art sättigt sich wie heißes Wackelpudding und trifft mit 100 Meilen pro Stunde auf eine Siliziumkarbidwand. Zu nahe an den Sättigungspunkt zu gehen ist einfach nicht zu riskant und der Abfall ist zu plötzlich.

Eisenpulverkerne oder mein Lieblingscarbonyleisen sättigen sich linear, sodass Sie auch nach dem doppelten Sättigungsstrom noch 40% der Induktivität übrig haben. Sie werden auch lächerlich hohe Kernverluste haben, wenn Sie einen solchen Pulverkern bei jeder nützlichen Frequenz verwenden, aber er kann in bestimmten Situationen für Spitzenströme nützlich sein.

Drosseln können beide Kerne sein, beide Typen werden häufig für Gleichtaktdrosseln verwendet. Dies spielt jedoch keine Rolle, da es keine Gleichtaktdrosseln gibt, die für einen hohen Strom von 1 mh ausgelegt sind. Es gibt keine Drosseln, die Ihren Spezifikationen entsprechen - da Sie die Stromstärke im Differenzialmodus so verwenden, als wäre es der Sättigungsstrom, und dies ist nicht der Fall. Eine große 1-mh-Drossel, die für mehr als Hunderte von Milliampere Sättigung / Gleichtaktstrom ausgelegt ist, wäre extrem fett (wie bereits erwähnt). 1 Millihenry ist eine Tonne . Sie benötigen reine Milliliter / Zoll ^ 3 Magnetkernmaterial, wenn Sie so viel Energie speichern möchten. Daran führt kein Weg vorbei.

Nehmen Sie diesen Kerl zum Beispiel. Zumindest für PCB-Level-Produkte ist es bereits ein Gigant, und es hat Ihre Induktivitätsbewertung und nein, es wird vor der Sättigung keine 16A Strom verarbeiten. Es wird 240mA verarbeiten . Für die Verwendung als gekoppelte Induktivität beträgt der Spitzenstrom 240 mA. Ich würde das nicht "Hochstrom" nennen, aber Sie haben nicht wirklich erwähnt, welche Art von Strömen Sie benötigen, also ist das vielleicht genug. Wahrscheinlich aber nicht.

Dies bringt mich zu dem, was nicht die Antwort auf die von Ihnen gestellte Frage sein wird, sondern die Antwort, die Sie brauchen. Ich bezweifle sehr, dass Sie einen billigen, massenproduzierten gekoppelten Induktor (oder eine Drossel, die als solche missbraucht werden kann) finden, die Ihren Spezifikationen entspricht. Wenn Sie tatsächlich 1 mH bei 10 A benötigen oder was auch immer Sie vorhaben, dann erwarten Sie, dass so etwas nach Maß hergestellt wird, und erwarten Sie, dass es sehr teuer ist.

Der Grund, warum es keine gibt, ist, dass es keine Notwendigkeit für gekoppelte Induktoren gibt, die so groß sind und keinen Grund haben, sie in Massenproduktion herzustellen und die Kosten wie Drosseln und vernünftige gekoppelte Induktoren zu senken. Ich versuche zu sagen, dass Ihr Design von Natur aus fehlerhaft ist, wenn Sie glauben, dass Sie einen 1-mH-Hochstrom-Induktor benötigen. Der einzige Grund, warum ich denke, dass dies so viel Induktivität erfordern würde, ist, dass Sie Ströme umwandeln möchten, die für eine viel zu niedrige Schaltfrequenz viel zu hoch sind.

Das Design ist falsch. Dafür gibt es keinen Grund. Ich vermute, Sie haben einen bestimmten Controller oder Treiber mit einer relativ niedrigen Schaltfrequenz ausgewählt und möchten einen minderwertigen und unpraktischen DC / DC-Konvektor zu extremen Kosten und ohne Vorteil bauen, außer Sie müssen nicht lernen, wie man einen verwendet Chip, der tatsächlich für Ihr Endziel geeignet ist. Ich vermute das, weil ich dort war, wir haben es wahrscheinlich alle irgendwann. Ich mache hier kein Urteil und gebe frei zu, dass ich mich in meiner Vergangenheit schuldig gemacht habe. Und was ich jetzt weiß, ist, dass wenn Sie denken, Sie brauchen einen so großen Induktor und eine hohe Leistung, Sie nicht genug über das Schalten von Wandlern wissen, um einen so hohen Strom zu bauen.

Gib dieses Ziel nicht auf, sondern arbeite darauf hin, indem du ein paar Zwischenschritte machst und kleinere Sachen machst. Lernen Sie sich in einer Reihe von Topologien und Controllern zurecht. Finden Sie heraus, wie Sie Ihre eigenen Mosfets auswählen können. Erfahren Sie, warum Elektrolyte nur verherrlichte Widerstände über 100 kHz sind oder was mit Keramikkondensatoren der Klasse II unter Gleichstromvorspannung passiert (Hinweis: Sie verlieren an Kapazität. Manchmal das meiste davon. Spaß! = P). Erfahren Sie, warum Sie ein Layout für jeden Millimeter optimieren und wie viel Sie ein paar Nanohenries parasitärer Induktivität kosten können. Erfahren Sie, wie Sie die Klingelspannungen von Schaltknoten stören. Erfahren Sie vor allem, warum ein SEPIC-Wandler für eine hohe Leistung, die einen Eingang über oder unter dem Ausgang haben kann, weder geeignet noch erforderlich ist. Mit einem echten Buck-Boost mit 4 Schaltern würden Sie viel besser abschneiden.

Wenn Sie das alles ignorieren, brauchen Sie nicht einmal einen gekoppelten Induktor - Sie können einfach zwei Induktoren verwenden. Sie müssen sich nicht auf demselben Kern befinden. Das einzige, was Sie durch das Teilen eines Kerns erhalten, ist ein reduzierter Welligkeitsstrom. Oder Sie können das Gleiche tun, indem Sie die Schaltfrequenz verdoppeln oder zwei Phasen bei der aktuellen Frequenz verwenden. Beides wäre viel einfacher, billiger, effektiver und machbar. Wenn Sie die Frequenz verdoppeln, erhalten Sie auch alle möglichen anderen guten Dinge, wie z. B. reduzierte Eingangswelligkeit, reduzierte Induktivität, geringere Größe und geringere Kosten.

Es ist nicht 1990, wir haben Schaltelemente, die so geringe Verluste aufweisen können, dass die Widerstandsverluste von Induktivitäten mit höherer Induktivität sowie die Kern- / Hystereseverluste die Schaltverluste bis zu Hunderten von kHz überwiegen. Und selbst dann kann ein schnelleres Fahren ein oder zwei Watt kosten, wenn Sie es richtig machen. Schauen Sie sich den LT8705 oder Dutzende anderer 4-Schalter-Buck-Boost-Wandler an. Sie lassen Sie alles tun, was ein Sepic tun kann, aber mit 10µH Induktivität, weniger EMI, mehr Effizienz, kleiner als ein Kartenspiel und können mit tatsächlich vorhandenen Komponenten gebaut werden. Wenn Sie etwas verwenden, das mit 52 kHz, 70 kHz oder 100 kHz schaltet, sind Sie ungefähr 26 bis 27 Jahre alt. Wenn Sie hohe Leistungsstufen umwandeln möchten, konnten wir das damals nicht einfach tun. Nicht ohne dass es teurer ist als die Verwendung von großen Lineartransformatoren / Bootsankern aus Eisen und Kupfer. Es gibt einen Grund, warum Schaltnetzteile zu diesem Zeitpunkt angezeigt wurden. Hochleistungs-Schaltnetzteile waren bis vor relativ kurzer Zeit größer als lineare Netzteile (aber möglicherweise etwas leichter). Die Leistungsdichte, die Sie sich vorzustellen scheinen, war mit dem von Ihnen ausgewählten Chip nicht möglich. Aber das ist in Ordnung, es gibt jetzt viel bessere Alternativen.

Ich weiß also, dass Sie nie danach gefragt haben.

Aber wenn ich Ihnen die nützlichste Antwort geben möchte, die über das hinausgeht, was Sie tatsächlich gefragt haben, dann ist es einfach so, dass Sie, wenn Sie sagen, dass Sie einen 1-mh-Hochstrom-gekoppelten Induktor benötigen ... nein. Das tust du nicht.

Gleichtaktdrosseln haben aufgrund des akkumulierten Flusses aus den Differenzströmen nur eine hohe Induktivität. Wenn Sie also versuchen, sie als normale Induktivitäten zu verwenden, haben sie nicht ihre Nenninduktivität.

Mit anderen Worten, sie haben nur eine hohe Induktivität für Stromunterschiede zwischen Wicklungen, aber die Wicklungen selbst haben nicht die Nenninduktivität.

Wenn Sie sich das Datenblatt einiger Gleichtaktdrosseln ansehen, werden Sie feststellen, dass die Induktivität für sehr kleine Ströme (Gleichtaktstrom) ausgelegt ist, beispielsweise 100 mA oder so, selbst wenn der Induktor selbst für 10 A oder mehr ausgelegt ist Mehr.

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

Im Prinzip können Sie eine Gleichtaktdrossel als gekoppelte Induktivität in einem Sepic oder als 1 :: 1-Transformator in einem anderen Stromkreis verwenden, da dies alles nur zwei Wicklungen sind, die auf einen Magnetkern gewickelt sind.

Es hat jedoch eine viel geringere Stromkapazität als Sie erwarten würden, wenn Sie sich das Datenblatt ansehen. Gleichtaktdrosseln sollen mit nahezu identischen Strömen in den beiden Wicklungen verwendet werden, so dass sich die erzeugten Flüsse nahezu perfekt aufheben.

Sie müssen daher keine signifikante Energie speichern und können eine hohe Induktivität für jedes Stromungleichgewicht aufweisen.

Es ist verlockend, eine Gleichtaktdrossel zu verwenden, weil sie klein, billig und leicht zu finden ist. Sie wird jedoch nicht gut sein, da der Stromfluss im SEPIC und in seinen Cousins ​​CUK und ZETA die Magnetfelder addieren und nicht aufheben lässt .