Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 33) – Attenzione alle correnti di circolazione in un induttore SEPIC accoppiato – Parte 2

In questo Power Tip, continuerà la discussione iniziata nel Power Tip #32 – Parte 1 su come stabilire dei requisiti di induttanza di dispersione per un induttore accoppiato in una topologia SEPIC. Abbiamo già discusso del fatto che la tensione CA dei condensatori accoppiati viene impressa nell’induttanza di dispersione dell’induttore di accoppiamento. La tensione sull’induttanza di dispersione è in grado indurre un’elevata corrente di circolazione nell’alimentazione. Nella seconda parte verranno mostrati i risultati misurati su un alimentatore realizzato con un induttore ad accoppiamento lasco e uno ad accoppiamento stretto.

Fig. 1 – il convertitore SEPIC è in grado di eseguire il buck e il boost con un singolo interruttore

Il circuito mostrato in figura 1 è stato progettato e realizzato. Il circuito potrebbe essere utilizzato nel settore automotive. Qui viene presentata una tensione di ingresso che varia da 8 a 36 volt, al di sopra o al di sotto della tensione di uscita regolata, pari a 12 volt. Nel mercato automotive vengono preferiti i condensatori ceramici per diversi fattori, tra cui l’ampio intervallo di temperature, la lunga durata, la corrente di ripple elevata e l’elevata affidabilità. Di conseguenza, il condensatore di accoppiamento (C6) è ceramico. Ciò significa che verrà utilizzata un’elevata tensione CA rispetto ai condensatori elettrolitici e il circuito sarà più sensibile a valori ridotti dell’induttanza di dispersione.

Fig. 2 – La bassa dispersione (a destra) causa forti correnti di circolazione con un induttore accoppiato – (a) Accoppiamento lasco – (b) Accoppiamento stretto

I due induttori Coilcraft da 47 uH descritti in questo circuito: un dispositivo MSD1260 con un’induttanza di dispersione molto ridotta (0,5 uH) e un dispositivo MSC1278 con un’induttanza di dispersione elevata (14 uH). In figura 2 sono illustrate le forme d’onda della corrente primaria per i due induttori. A sinistra è rappresentata la corrente di ingresso (che entra nel pin 1 di L1) con l’induttore MSC1278, mentre a destra è rappresentata la forma d’onda della corrente di ingresso del dispositivo MSD1260. La corrente a sinistra rappresenta le normali aspettative. La corrente è principalmente CC, con un componente CA triangolare. La forma d’onda a destra rappresenta ciò che si ottiene esercitando tensioni CA elevate sul condensatore di accoppiamento e in caso di un valore ridotto di induttanza di dispersione. Il valore della corrente di picco è circa il doppio rispetto alla corrente di ingresso CC e la corrente RMS è superiore del 50% rispetto a quella utilizzata in caso di induttore a dispersione elevata.

Fig. 3 – Il dispositivo a dispersione elevata (MSC1278) produce un’efficienza maggiore grazie alle correnti ridotte

Naturalmente, il filtraggio dell’interferenza elettromagnetica (EMI) di tale alimentore, in cui viene utilizzato l’induttore ad accoppiamento stretto, sarà più problematica. Il rapporto delle correnti di ingresso CA tra i due progetti è di quasi cinque a uno, pertanto sarà necessaria un’attenuazione pari a 14 dB. Il secondo effetto di una corrente di circolazione così elevata riguarda l’efficienza del convertitore. Con il 50% in più di corrente RMS nell’alimentatore, si verificherà più del doppio delle perdite di conduzione. In figura 3 viene confrontata l’efficienza dei due diversi induttori in assenza di cambiamenti nel circuito. Entrambi i risultati si attestano al 90% circa in caso di conversione da 12 volt a 12 volt. Tuttavia, l’induttore ad accoppiamento lasco produce un’efficienza migliore dell’1-2% sull’intervallo di carico, sebbene disponga della medesima resistenza CC dell’induttore ad accoppiamento stretto.

Per ricapitolare, un induttore accoppiato in un convertitore SEPIC è in grado di ridurre le dimensioni e il costo dell’alimentatore. L’induttore non deve essere necessariamente ad accoppiamento stretto. Infatti, l’accoppiamento stretto comporterà un aumento delle correnti all’interno dell’alimentatore complicando il filtraggio di ingresso e compromettendo l’efficienza. Il modo più semplice per scegliere il valore dell’induttanza  di dispersione accettabile è attraverso la simulazione. Tuttavia, è anche possibile determinare la tensione sul condensatore di accoppiamento, impostare una corrente con una ondulazione ammissibile e calcolare l’induttanza di dispersione minima.

Riferimenti

Betten, John; “SEPIC Converter Benefits from Leakage Inductance,” (Vantaggi del convertitore SEPIC dall’induttanza di dispersione) PowerPulse.net, maggio 2010.

 

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Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Robert Kollman, Texas Instruments

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