Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 32) – Attenzione alle correnti di circolazione in un induttore SEPIC accoppiato – Parte 1

In questo Power Tip, vengono stabiliti i requisiti di una induttanza di dispersione per l’induttore accoppiato in una topologia SEPIC. SEPIC è una topologia utile nei casi in cui non vi è la necessità di un isolamento elettrico tra il circuito primario e secondario e quando la tensione di ingresso è maggiore o minore rispetto alla tensione di uscita. Inoltre, è possibile utilizzare SEPIC al posto di un convertitore boost nel caso in cui fosse necessaria una protezione da cortocircuito.

Un convertitore SEPIC è caratterizzato dal funzionamento a interruttore singolo e corrente d’ingresso continua, con una conseguente interferenza elettromagnetica (EMI) ridotta.

Fig. 1 – Il convertitore SEPIC utilizza un interruttore singolo per aumentare o ridurre la tensione di uscita

La topologia (mostrata in Fig. 1) può di utilizzare due induttori separati o, poiché le forme d’onda della tensione sono simili tra i vari induttori, un induttore accoppiato, come mostrato in figura. L’induttore accoppiato è interessante perché è caratterizzato da un volume e un costo inferiori rispetto a due induttori separati. Tuttavia, gli induttori standard non sono sempre ottimizzati per l’intera gamma di applicazioni possibili.

Le forme d’onda di corrente e tensione nel circuito sono simili a un flyback CCM (Continuous Current Mode). Quando Q1 viene attivato, applica la tensione di ingresso al componente primario dell’induttore accoppiato per creare energia nel circuito. Quando Q1 viene disattivato, la tensione sull’induttore viene invertita e bloccata alla tensione di uscita. Il condensatore C_AC differenzia il SEPIC dal flyback. Quando Q1 è in funzione, la corrente dell’induttore secondario lo attraversa fino ad arrivare a terra. Quando Q1 è spento, la corrente dell’induttore primario attraversa il condensatore C_AC, aggiungendosi alla corrente di uscita che attraversa D1. Il vantaggio principale di questa topologia rispetto al flyback consiste nel fatto che le tensioni dei FET e del diodo vengono bloccate (“clamped”) dal condensatore C_AC con uno spike di tensione minimo o nullo. In tal modo si ha la possibilità di selezionare dispositivi alimentati con una tensione inferiore, quindi più efficiente.

2a) MOSFET ATTIVATO: V^LL = V^C_AC – VIN = ∆VC_AC (il componente DC viene cancellato)

2b) MOSFET DISATTIVATO: VLL = VIN + VOUT – VC_AC – VOUT = ∆VC_AC (il componente DC viene cancellato)
Figg. 2a e 2b – I due stati di funzionamento del convertitore SEPIC. La tensione CA nell’induttanza di dispersione è uguale alla tensione del condensatore di accoppiamento

Poiché questa topologia è simile al flyback, in molti ritengono che sia necessario un set di avvolgimenti in accoppiamento stretto. Tuttavia, questo non è il caso. In figura 2 vengono illustrati i due stati di funzionamento del SEPIC continuo, in cui il trasformatore è stato modellato con l’induttanza di dispersione (LL), l’induttanza di magnetizzazione (LM) e un trasformatore ideale (T). Negli esami, la tensione nell’induttanza di dispersione è uguale alla tensione nel C_AC. Pertanto, un elevato ripple di tensione CA proveniente da un piccolo valore di C_AC, o di una piccola induttanza di dispersione, crea un’elevata corrente di circolazione. Una corrente di circolazione elevata avrà un impatto negativo sull’efficienza e sulle prestazioni EMI di un convertitore. Un metodo per ridurre l’elevata corrente di circolazione è quello di aumentare la capacità di accoppiamento (C_AC). Tuttavia, questo procedimento porta a una penalità in termini di costi, dimensioni e affidabilità. Per un approccio più cauto,  risulta più conveniente aumentare l’induttanza di dispersione. Tale operazione può essere effettuata semplicemente specificando un componente magnetico personalizzato.

È interessante notare come pochi fornitori hanno riconosciuto questo fatto e molti altri hanno prodotto induttori a bassa induttanza di dispersione per le applicazioni SEPIC. D’altra parte, Coilcraft dispone di un dispositivo MSD1260 da 47 uH con un’induttanza di dispersione pari a 0,5 uH circa e ha sviluppato recentemente delle versioni a corrente alternata di questo modello con induttanze di dispersione che superano 10 uH, le stesse presenti nel Power Tip di marzo. Torna a trovarci.

Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: http://www.ti.com/power-ca

Per contattare Robert Kollman: [email protected]

Riferimenti

Betten, John; “SEPIC Converter Benefits from Leakage Inductance” (Vantaggi del convertitore SEPIC dall’induttanza di dispersione), PowerPulse.net, http://www.powerpulse.net/techPaper.php?paperID=153

Per il catalogo Coilcraft, la scheda tecnica di MSD1260 e per informazioni su dispositivi con induttanze di dispersione maggiori, visitare: http://www.coilcraft.com/forms/question.cfm

Robert Kollman, Texas Instruments

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