在開關電源的設計中電感的設計為工程師帶來的許多的挑戰。工程師不僅要選擇電感值,還要考慮電感可承受的電流,繞線電阻,機械尺寸等等。本文專注於解釋:電感上的dc電流效應。這也會為選擇合適的電感提供必要的資訊。
理解電感的功能
電感常常被理解為開關電源輸出端中的lc濾波電路中的l(c是其中的輸出電容)。雖然這樣理解是正確的,但是為了理解電感的設計就必須更深入的了解電感的行為。
在降壓轉換中(fairchild典型的開關控制器),電感的一端是連線到dc輸出電壓。另一端通過開關頻率切換連線到輸入電壓或gnd。
現在再考慮一下在這兩個狀態下流過電感的電流是如果變化的。在狀態1過程中,電感的一端連線到輸入電壓,另一端連線到輸出電壓。對於乙個降壓轉換器,輸入電壓必須比輸出電壓高,因此會在電感上形成正向壓降。相反,在狀態2過程中,原來連線到輸入電壓的電感一端被連線到地。對於乙個降壓轉換器,輸出電壓必然為正端,因此會在電感上形成負向的壓降。
我們利用電感上電壓計算公式:
v=l(di/dt)
因此,當電感上的電壓為正時(狀態1),電感上的電流就會增加;當電感上的電壓為負時(狀態2),電感上的電流就會減小。通過電感的電流如圖2所示:
警告:上面的計算是假設各元器件(mosfet上的導通壓降,電感的導通壓降或非同步電路中肖特基二極體的正向壓降)上的壓降對比輸入和輸出電壓是可以忽略的。
如果,器件的下降不可忽略,就要用下列公式作精確計算:
同步轉換電路:
電感磁芯的飽和度
通過已經計算的電感峰值電流,我們可以發現電感上產生了什麼。很容易會知道,隨著通過電感的電流增加,它的電感量會減小。這是由於磁芯材料的物理特性決定的。電感量會減少多少就很重要了:如果電感量減小很多,轉換器就不會正常工作了。當通過電感的電流大到電感實效的程度,此時的電流稱為「飽和電流」。這也是電感的基本引數。
實際上,轉換電路中的開關功率電感總會有乙個「軟」飽和度。要了解這個概念可以觀察實際測量的電感vs dc電流的曲線:
有了這個軟飽和的特性,我們就可以知道在所有的轉換器中為什麼都會規定在dc輸出電流下的最小電感量;而且由於紋波電流的變化也不會嚴重影響電感量。在所有的應用中都希望紋波電流盡量的小,因為它會影響輸出電壓的紋波。這也就是為什麼大家總是很關心dc輸出電流下的電感量,而會在spec中忽略紋波電流下的電感量
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