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Kompakte Coupled Inductors mit hohem Sättigungsstrom

 Intro Pic

Doppel-Drosseln, auch bekannt als Coupled Inductors, haben einen breiten Anwendungsbereich. Diese gekoppelten Induktivitäten können in verschiedenen Gleichspannungswandler-Topologien ohne galvanische Trennung oder als Transformatoren in Flyback-Wandlern eingesetzt werden. Darüber hinaus können sie als Gleichtaktdrosseln in Leitungen zur Spannungsversorgung eingesetzt werden. TDK Coupled Inductors bieten Koppelfaktoren bis 99 Prozent. Sie haben eine kompakte, robuste Konstruktion, und die Isolationsspannung zwischen den beiden Wicklungen beträgt bis 500 V.


Merkmale

Elektrische Eigenschaften

  • Hohe Nennströme bis 7,05 A
  • Außergewöhnlich hohe Sättigungsströme bis 16,1 A
  • Sehr geringer DC-Widerstand bis 0,018 Ω
  • Hohe Betriebstemperaturen bis 150 °C

Aufbau

  • Enge Kopplung der zwei Wicklungen
  • Laserverschweißte Anschlüsse
  • Außerordentliche mechanische und thermische Robustheit

Flexibler Einsatz

  • 1:1 Transformator
  • Zwei einzelne Induktivitäten, in Reihe oder parallel schaltbar

Übersicht der lieferbaren Typen

12.5 x 12.5 x 10.5 mm
12.5 x 12.5 x 8.5 mm
10.4 x 10.4 x 6.3 mm
7.3 x 7.3 x 4.8 mm
Induktivität (µH)
12.5 x 12.5 x 10.5 mm
12.5 x 12.5 x 8.5 mm
10.4 x 10.4 x 6.3 mm
7.3 x 7.3 x 4.8 mm
Sättigungsstrom (A)

Gleichspannungswandler-Topologien

SEPIC

 Circuit Sepic Pic


SEPIC

Ein SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter) ist besonders für batteriebetriebene Geräte oder Automotive-Anwendungen geeignet. Er liefert eine konstante nicht-invertierte Ausgangsspannung, die über oder unter der Eingangsspannung liegen kann. So können Schwankungen der Batteriespannung und verschiedene Lastverhältnisse ausgeglichen werden. Möglich ist das, weil die SEPIC-Technologie einen Aufwärts- und Abwärtswandler kombiniert. Ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Schaltungstopologie ist ein konstanter Eingangsstrom, der in Verbindung mit dem Eingangsfilter aus C1 und L1 zu wesentlich geringeren leitungsgebundenen Störungen führt. Eine gekoppelte Induktivität kann Verluste durch Rippelstrom und damit Kernverluste erheblich reduzieren. Auch wenn der Koppelkondensator C2 eine gewisse Trennung zwischen Eingang und Ausgang bewirkt, ist der SEPIC keine Topologie mit galvanischer Trennung.

ZETA

 Circuit Zeta Pic


ZETA

ZETA ist eine weitere Wandlertopologie mit mehreren Wicklungen, die von den Grundfunktionen einem SEPIC ähnlich ist. Beide Leistungswandler können Ausgangsspannungen unter oder über der Eingangsspannung erzeugen und liefern eine stabile nicht-invertierte Ausgangsspannung. Eine weitere Ähnlichkeit ist die DC-Transferfunktion VOUT = VIN x D/(1-D). Dank ihrer leicht veränderten Schaltung mit L2 und C3 am Ausgang liefern ZETA-Wandler einen Ausgangsstrom mit sehr geringer Welligkeit. Im Unterschied zu einem echten Auf-/Abwärtswandler benötigen ZETA-Wandler nur ein Aufwärts-Wandler-IC, das direkt einen MOSFET ansteuert. Ein- und Ausgang sind nicht galvanisch getrennt.

CuK

 Circuit Cuk Pic

CuK

CuK-Wandler liefern wie SEPIC und ZETA eine Spannung, die über oder unterhalb der Eingangsspannung liegt. Ein besonderes Merkmal, das in einigen Anwendungen gefordert wird, ist die invertierte Ausgangsspannung. Ein erheblicher Vorteil aus EMI-Sicht ist der Dauerstrom in Verbindung mit den LC-Filtern auf der Eingangs- und Ausgangsseite des Wandlers. Das führt zu einer stabilen Stromaufnahme aus der Batterie und somit minimalem Rippelstrom. Ein- und Ausgang sind nicht galvanisch getrennt.

Flyback

 Circuit Flyback Pic

Flyback

Flyback-Wandler gehören zu den verbreitetsten Topologien in der Industrieelektronik und in automotiven Anwendungen mit niedrigerer Leistung. Dank ihrer vergleichsweise einfachen und dadurch kosteneffizienten Schaltung, die aus nur wenigen Bauelementen besteht, sind sie äußerst beliebt. Die gekoppelte Induktivität dient als Speicherdrossel und bewirkt die galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang. Die Energieübertragung findet während der Ausschaltzeit des MOSFET statt. Diese Topologie liefert nicht-invertierte Ausgangsspannungen weit unter- oder oberhalb der Eingangsspannung. Je nach den Anforderungen an die galvanische Trennung des Wandlers oder den Sicherheitsnormen, die für die jeweilige Anwendung gelten, kann eine gekoppelte Induktivität mit einer Isolationsspannung bis zu 500 V oder ein Transformator eingesetzt werden. Ein weiteres besonderes Merkmal des Flyback-Wandlers ist seine Fähigkeit, mehrere Ausgangsspannungen zu erzeugen. Ein Nachteil dieser Topologie sind die vom Schalttransistor erzeugten hohen Spannungsspitzen. Dadurch können EMV-Filter am Wandlereingang erforderlich werden, um die erzeugten leitungsgebundenen Störungen zu unterdrücken.

Abwärtswandler mit mehreren Ausgangsspannungen

 Circuit Multi Pic

Abwärtswandler mit mehreren Ausgangsspannungen

Gekoppelte Induktivitäten können auch dazu eingesetzt werden, um mit nur einem Abwärtsregler eine Hilfs- oder zweite Ausgangsspannung zu erzeugen. Das trägt dazu bei, die Komplexität der Schaltung zu verringern und spart so Kosten und Platz auf der Leiterplatte.


Häufig gestellte Fragen

Was ist ein gekoppelte Induktivität?

Induktivitäten sind wichtige Bauelemente in verschiedenen Multiphasen-Topologien. Grundsätzlich können einzelne Induktivitäten eingesetzt werden. Gekoppelte Induktivitäten, d.h. gekoppelte Induktivitäten, können jedoch das Volumen wesentlich verringern und den Wirkungsgrad der Schaltung verbessern. In einer gekoppelten Induktivität befinden sich zwei Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern. Damit sind L1 und L2 magnetisch gekoppelt, sodass die im Kern gespeicherte Energie zwischen beiden Wicklungen übertragen werden kann. Die Effizienz der magnetischen Kopplung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung wird durch den Kopplungsfaktor K bestimmt.

Was ist der Kopplungsfaktor und wie wird er berechnet?

Gekoppelten Induktivitäten werden in verschiedenen Gleichspannungswandler-Topologien eingesetzt. Die Funktion der gekoppelten Induktivitäten ist es, Energie aus der Primärwicklung über einen gemeinsamen Kern in die Sekundärwicklung zu übertragen. Die Effizienz der magnetischen Kopplung zwischen den beiden Wicklungen wird durch den Kopplungsfaktor k bestimmt. Der Kopplungsfaktor k kann nach der folgenden Gleichung berechnet werden.

 2 FAQ pic


Was sind die Vorteile einer gekoppelten Induktivität?

Induktivitäten sind wichtige Bauelemente von Multiphasen-Spannungsreglern wie SEPIC-, ZETA- oder CuK-Wandlern. Es müssen nicht unbedingt gekoppelten Induktivitäten eingesetzt werden. Grundsätzlich können auch zwei einzelne Induktivitäten verwendet werden. Wenn jedoch L1 und L2 eng gekoppelt sind, wird der Rippelstrom auf beide Wicklungen verteilt. Dadurch wird nur der halbe Induktivitätswert benötigt. Wenn Doppel-Induktivitäten statt zwei einzelner Leistungsinduktivitäten eingesetzt werden, kann gewöhnlich ein kleineres Bauelement verwendet werden. Das spart Platz auf der Leiterplatte.


PDF Baugröße/ Baureihe Bauform Induktivität (µH) Nennstrom (Typ.) (A) Typ
7.3x7.3x4.8 shielded 2.2 - 47 1.1 - 4.3 B82472D6
new
10.4x10.4x6.3 shielded 2.2 - 47 1.71 - 6.17 B82464D6
12.5x12.5x8.5 shielded 2 - 100 1.61 - 6.22 B82477D4*M900
new
12.5x12.5x10.5 shielded 4.7 - 47 3.02 - 7.05 B82477C6
12.5x12.5x10.5 shielded 3.9 - 47 2.83 - 7.05 B82477D6

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Gekoppelten Induktivitäten 

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