引言

最近，電感廠(chǎng)商紛紛開(kāi)始發(fā)布批量生產(chǎn)的耦合電感。耦合電感由兩個(gè)纏繞在同一磁芯上的單獨電感組成，其封裝與單電感在長(cháng)寬尺寸上相似，只會(huì )稍微高一點(diǎn)，但可以產(chǎn)生相同的電感值。耦合電感的價(jià)格一般也會(huì )比兩個(gè)單電感的價(jià)格低。耦合電感的繞組可以為串聯(lián)、并聯(lián)，也可以作為一個(gè)變壓器。本文重點(diǎn)介紹利用耦合電感滿(mǎn)足常見(jiàn)應用需求的四種 DC/DC轉換器拓撲結構。

徹底了解耦合電感的各種規范，是充分利用它們所具有優(yōu)勢的一個(gè)基本要求。大多數耦合電感都具有相同的匝數—即1：1匝數比—但有些更新的耦合電感擁有更高的匝數比。耦合電感的耦合系數K一般約為 0.95，遠低于自定義變壓器至少為0.99的系數。耦合電感的互感系數讓其在一些回描應用中顯得有些沒(méi)有效率，同時(shí)還會(huì )引起非理想（例如：圓形而非三角形）電感波形。另外，根據其繞組實(shí)際為串聯(lián)還是并聯(lián)，耦合電感的電流規格也不同。例如，繞組為串聯(lián)時(shí)，等效電感就會(huì )因為互感而超過(guò)額定電感的2倍。飽和及RMS電流額定值一定適用于同時(shí)流過(guò)兩個(gè)繞組的電流，除非產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中另有說(shuō)明。理解這些規范以后，我們便可以對現實(shí)應用中的一些耦合電感例子進(jìn)行研究。

更小尺寸且更高效的SEPIC

盡管DC/DC單端初級電感轉換器(SEPIC)拓撲不是什么新東西，但的確直到最近它才開(kāi)始流行起來(lái)，然而，對于能夠對高低輸入電壓之間的輸出電壓（例如：12V未校準插墻式電源）進(jìn)行調節的轉換器需求一直都存在。雖然我們可以將任何升壓轉換器/控制器配置為一個(gè)SEPIC，但其在最近才得到普遍的使用。兩個(gè)因素促進(jìn)了SEPIC的人氣大增：(1) IC制造廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始制造更多具有電流模式控制功能的升壓控制器，旨在簡(jiǎn)化補償；(2) 電感制造廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始制造許多可以最小化轉換器總PCB體積的單封裝耦合電感。改用耦合電感以后，許多具有兩個(gè)單獨電感應用的電源體積可以縮減三分之一。圖1顯示了使用TI TPS61170和Wuerth 744877220的一個(gè)SEPIC。

圖1使用TI TPS61170和Wuerth 744877220的SEPIC

更吸引人的是，使用一個(gè)1：1耦合電感的SEPIC可迫使電感紋波電流在兩個(gè)繞組之間分開(kāi)，從而允許使用兩個(gè)單獨電感要求電感的一半，產(chǎn)生相同的紋波電流。相對于相同尺寸封裝中雙倍電感值的兩個(gè)單獨電感，耦合電感具有更低的DC電阻，有助于提高總轉換器效率。特別是15-V輸入和12-V、325-mA輸出時(shí)，圖1所示SEPIC的效率超出91%。

更小尺寸的ZETA轉換器

由于使用了兩個(gè)電感和一個(gè)耦合電容，ZETA轉換器擁有與SEPIC一樣的升壓降壓功能，但使用的是一個(gè)降壓控制器而非升壓控制器。圖2顯示了ZETA結構中所使用的TI TPS40200和 Coiltronics DRQ74。與SEPIC一樣，得益于分離電感紋波電流，這種ZETA轉換器只要求一半的電感就能得到相同的紋波電流。同樣類(lèi)似的，其總體電源體積比使用兩個(gè)單獨電感小三分之一。由于輸出電感電流不斷經(jīng)過(guò)ZETA轉換器輸出，ZETA轉換器的輸出電壓具有比相同電感的SEPIC更低的紋波。因此，相比SEPIC，ZETA可能更適合于低噪聲應用。

圖2使用TI TPS40200和Coiltronics DRQ74的ZETA轉換器

分離軌電源

匹配正負電源軌是許多工業(yè)應用的常見(jiàn)要求，對放大器而言更是如此。我們可以對寬輸入范圍降壓轉換器進(jìn)行配置，以提供負輸出電壓。使用一個(gè)耦合電感代替這種反相降壓轉換器的電感，并增加一個(gè)二極管和電容器，便可將這種反相降壓轉換器變?yōu)橐粋�(gè)雙輸出的轉換器。圖3顯示了以這種方法使用的TI TPS54160和Coilcraft 150-μH MSD1260。只要每個(gè)軌的負載稍有接近，我們就對每個(gè)軌之間的差異進(jìn)行調節而非單獨調節每個(gè)軌，但耦合電感卻可以幫助提供對每個(gè)軌進(jìn)行調節。

圖3使用TI TPS54160和Coilcraft MSD1260的分離軌降壓轉換器

更高的輸出電壓