¿Puedo usar un estrangulador de modo común como inductor acoplado en un convertidor SEPIC?

Realmente no entiendo la diferencia entre los choques de modo común y los inductores acoplados. Ambas son 2 bobinas envueltas alrededor del mismo núcleo, pero sé que tienen diferentes propósitos. Quiero diseñar un convertidor SEPIC con un inductor acoplado, pero requiere altas clasificaciones de corriente y un valor de inductancia de alrededor de 1 mH. Sin embargo, los inductores acoplados no tienen estas especificaciones, mientras que el estrangulador de modo común sí. ¿Está bien usar un estrangulador de modo común como un inductor acoplado en el convertidor SEPIC si los inductores están conectados de tal manera que su flujo esté en la misma dirección? Documento de referencia de Texas Instruments

Tal vez. Pero la respuesta probable es 'no es para su aplicación', desafortunadamente. Y además, una mejor pregunta podría ser: " ¿ Debo usar un estrangulador de modo común en lugar de un inductor acoplado?" Y la respuesta a esa pregunta siempre es no .

Los choques de modo común suelen tener dos clasificaciones, la corriente de modo diferencial y la corriente de modo común. Si ha encontrado un estrangulador masivo del tamaño de un gato doméstico obeso que 'tiene las especificaciones correctas' (tiene la alta corriente de modo común que necesita), entonces, seguro, 'funcionará'. Ciertamente no será la mejor opción, pero funcionará.

Si observa las clasificaciones actuales de los choques de modo común y las describe como "altas" o la unidad es de amperios enteros, entonces esa es la clasificación actual del modo diferencial. Esta clasificación no tiene sentido para ninguna aplicación en la que uno usaría un inductor acoplado. Esa clasificación actual es una clasificación de cuántos amperios de corriente en modo diferencial se puede manejar. Hay muy poco (en otras palabras, hay una corriente perfectamente equilibrada, igual, en fase entre los devanados, pero en direcciones opuestas, como la potencia y el retorno a tierra, por ejemplo).

Esta corriente cancela su propio flujo magnético, por lo que solo verá el valor de inductancia de fuga de inductancia. En otras palabras, la corriente en modo diferencial es la corriente máxima solo si no está realmente 'usando' la inductancia. Es esencialmente resistencia limitada. Debido a que es la clasificación para las corrientes que no almacenan energía magnéticamente, y tenga en cuenta, la inductancia es una medida de energía almacenada en un campo magnético.

Lo que es importante para SEPIC, o realmente cualquier circuito que use un inductor para, bueno, su inductancia, es la corriente de saturación de ese inductor. Esta es la corriente máxima que el núcleo magnético puede soportar antes de que ocurra una caída de inductancia elegida (20-30% se usa con frecuencia como esta caída). O dicho de otra manera, la corriente de saturación es la cantidad de energía que el núcleo magnético puede almacenar en un campo magnético antes de que esté 'lleno'. Cuando está 'lleno', entonces el núcleo magnético no puede almacenar más energía, por lo que aumentar la corriente más allá de este punto rápidamente solo almacenará tanta energía adicional como un núcleo de aire, lo que se presenta como una pérdida rápida de inductancia.

La forma en que esto se desarrolla depende en gran medida del material central. La ferrita de todo tipo se satura como una gelatina caliente que golpea una pared de carburo de silicio a 100 mph. Acercarse demasiado al punto de saturación simplemente no se hace, es demasiado arriesgado y la caída es demasiado repentina.

Los núcleos de polvo de hierro, o mi favorito, carbonil hierro, se saturan linealmente, por lo que aún le quedará el 40% de la inductancia incluso después de haber alcanzado el doble de la corriente de saturación. También tendrá pérdidas de núcleo ridículamente altas utilizando un núcleo de polvo como ese en cualquier frecuencia útil, pero puede ser útil para corrientes máximas en ciertas situaciones.

Los choques pueden ser centrales, ambos tipos se utilizan para choques de modo común con frecuencia. Pero en realidad no importa, porque no hay choques de modo común clasificados para alta corriente a 1mh. No hay estranguladores que cumplan con sus especificaciones, porque está utilizando la clasificación de corriente del modo diferencial como si fuera la corriente de saturación, y no lo es. Un estrangulador grande de 1mh clasificado para algo más de cientos de miliamperios de saturación / corriente de modo común sería del tamaño de un gato doméstico extremadamente gordo (como se mencionó anteriormente). 1 milihenrio es una tonelada . Necesita pura mililitros / pulgadas ^ 3 de material de núcleo magnético si desea almacenar tanta energía. No hay forma de evitarlo.

Toma a este chico por ejemplo. Ya es un gigante al menos para cosas a nivel de PCB, y tiene su índice de inductancia y no, no manejará 16A de corriente antes de saturarse. Que se encargará de 240mA . Para usar como inductor acoplado, es la corriente máxima de 240 mA. No llamaría a eso 'alta corriente', pero realmente no mencionaste qué tipo de corrientes necesitabas, así que tal vez eso sea suficiente. Probablemente no.

Esto me lleva a lo que no será la respuesta a la pregunta que hizo, sino la respuesta que necesita. Dudo mucho que encuentre un inductor acoplado barato y producido en masa (o un estrangulador que se pueda usar como uno) que cumpla con sus especificaciones. Si realmente necesita 1 mH a 10 A o lo que sea que tenga en mente, espere tener tal cosa a medida, y espere que sea muy costoso.

La razón por la que no hay ninguno es porque no hay necesidad de inductores acoplados tan grandes y no hay razón para producirlos en masa y reducir el costo como estranguladores e inductores acoplados razonables. Lo que estoy tratando de decir es que si cree que necesita un inductor acoplado de alta corriente de 1 mH, entonces su diseño es inherentemente defectuoso. La única razón por la que pienso que eso requeriría tanta inductancia es que desea convertir corrientes que son demasiado altas para una frecuencia de conmutación demasiado baja.

Ese diseño está mal. No hay razón para hacer eso. Sospecho que ha elegido un controlador o controlador específico que tiene una frecuencia de conmutación relativamente baja, y desea construir un convector de CC / CC inferior y poco práctico a un costo extremo y sin ventajas, excepto porque no tiene que aprender a usar un chip que es realmente apropiado para su objetivo final. Sospecho esto porque he estado allí, probablemente todos lo hemos hecho en algún momento. No juzgo aquí, y libremente admito haber sido culpable de ello en mi pasado. Y lo que sé ahora es que si crees que necesitas un inductor tan grande y con alta potencia, entonces no sabes lo suficiente sobre cómo cambiar los convertidores para construir uno de esa alta potencia.

No renuncies a ese objetivo, pero trabaja para lograrlo dando algunos pasos intermedios y haciendo cosas más pequeñas. Aprende a manejar un montón de topologías y controladores. Descubre cómo seleccionar tus propios mosfets. Aprenda por qué los electrolíticos son solo resistencias glorificadas por encima de 100 KHz, o qué sucede con los condensadores cerámicos de clase II bajo polarización DC (pista: pierden capacitancia. A veces la mayor parte. ¡Diversión! = P). Descubra por qué optimizará un diseño para cada milímetro y cuánto pueden costarle un par de nanohenries de inductancia parasitaria. Aprenda cómo desairar los voltajes de llamada de los nodos del interruptor. Sobre todo, aprenda por qué un convertidor SEPIC no es apropiado ni necesario para algo de alta potencia que puede tener una entrada por encima o por debajo de la salida. Lo harías mucho mejor con un verdadero impulso de 4 interruptores.

Ignorando todo eso, ni siquiera necesita un inductor acoplado, solo puede usar dos inductores. No necesitan estar en el mismo núcleo. Lo único que comparte un núcleo es la corriente de onda reducida. O podría hacer lo mismo duplicando la frecuencia de conmutación, o utilizando dos fases en la frecuencia actual. Cualquiera de estos sería mucho más fácil, más barato, efectivo y factible. De hecho, duplicar la frecuencia también le ofrece todo tipo de otras cosas buenas, como reducción de la ondulación de entrada, menor inductancia necesaria, menor tamaño, menor costo.

No es 1990, tenemos elementos de conmutación que pueden tener pérdidas tan bajas como las pérdidas resistivas de inductores de mayor inductancia, así como pérdidas de núcleo / histéresis, que superan las pérdidas de conmutación hasta los cientos de KHz. E incluso entonces, ir más rápido puede costarle uno o dos vatios si lo está haciendo bien. Eche un vistazo al LT8705 o docenas de otros convertidores de impulso de 4 interruptores. Te permitirán hacer todo lo que un sepic podría hacer pero con 10 µH de inductancia, menos EMI, más eficiencia, ser más pequeño que un mazo de cartas y puede construirse usando componentes que realmente existen. Si está usando algo que cambia a 52KHz o 70Khz o 100KHz, entonces tiene entre 26 y 27 años desactualizado. Si desea convertir altos niveles de potencia, bueno, no podríamos retroceder fácilmente, no sin que sea más costoso que simplemente usar transformadores lineales / anclas de barco grandes de hierro y cobre grandes. Hay una razón por la cual las fuentes de alimentación conmutadas comenzaron a aparecer cuando lo hicieron. Las fuentes de alimentación de modo de interruptor de alta potencia eran más grandes que las fuentes lineales (pero posiblemente un poco más livianas) hasta hace relativamente poco. La densidad de potencia que parece estar imaginando no fue posible con el chip que haya seleccionado. Pero está bien, ahora hay alternativas mucho mejores.

Entonces, sé que nunca preguntaste por eso.

Pero si debo darle la respuesta más útil que va más allá de lo que realmente preguntó, es simplemente que cuando dice que necesita un inductor acoplado de alta corriente de 1mh ... no. Usted no

Los choques de modo común solo tienen una alta inductancia debido al flujo acumulado de las corrientes diferenciales, lo que significa que si intenta usarlos como inductores normales, no tendrán su inductancia nominal.

En otras palabras, solo tienen una alta inductancia para las diferencias de corriente entre los devanados, pero los devanados en sí mismos no tienen la inductancia nominal.

Si echa un vistazo a la hoja de datos de algunos choques de modo común, verá que la inductancia está clasificada en corrientes muy pequeñas (corriente de modo común), digamos 100 mA más o menos, incluso si el inductor en sí está clasificado para 10 A o más.

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

En principio, podría usar un estrangulador de modo común como inductor acoplado en un sepic o como transformador 1 :: 1 en otro circuito, ya que todos estos son solo dos devanados enrollados en un núcleo magnético.

Sin embargo, tendrá una capacidad de corriente mucho menor de lo que esperaría al mirar la hoja de datos. Los choques de modo común están diseñados para usarse con corrientes casi idénticas en los dos devanados, de modo que los flujos generados se cancelen casi a la perfección.

Por lo tanto, no necesitan almacenar energía significativa y pueden presentar una alta inductancia a cualquier desequilibrio actual.

Es tentador usar un estrangulador de modo común porque son pequeños, baratos y fáciles de encontrar. Sin embargo, no será bueno porque la corriente fluye en el SEPIC y en sus primos CUK y ZETA hacen que los campos magnéticos se sumen y no se cancelen .