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怎么为高频开关电源选择合适的电感呢?

电感的特色
降压型高频开关电源的电感挑选
升压型高频开关电源的电感挑选
解决方案:
核算降压型高频开关电源的电感值
核算升压型高频开关电源的电感值
 
电感是高频开关电源中常用的元件,因为它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零。电感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上, 用来滑润电流。电感也被称为扼流圈,特色是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说,因为磁通接连特性,电感上的电流必须是接连的,不然将会发生很大的电压尖峰。
 
电感为磁性元件,自然有磁饱满的问题。有的使用答应电感饱满,有的使用答应电感从必定电流值开端进入饱满, 也有的使用不答应电感出现饱满,这要求在详细线路中进行区别。大多数情况下,电感作业在“线性区”,此刻电感值为一常数,不随着端电压与电流而改动。可是,高频开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个散布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、资料有关的散布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大,但随频率的进步而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感或许变成电容特性了。如果将杂散电容“会集”为一个电容, 则从电感的等效电路能够看出在某一频率后所出现的电容特性。
 
当剖析电感在线路中的作业状况或许制作电压电流波形图时,无妨考虑下面几个特色:
 
1. 当电感L中有电流I流过期,电感贮存的能量为: E=0.5×L×I2 (1)
 
2. 在一个开关周期中,电感电流的改动(纹波电流峰峰值)与电感两头电压的关系为:V=(L×di)/dt (2)
 
由此可看出,纹波电流的巨细跟电感值有关。
 
3. 就像电容有充、放电电流一样,电感器也有充、放电电压进程。电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比,电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。只需电感电压改动,电流改动率di/dt也将改动;正向电压使电流线性上升,反向电压使电流线性下降。
 
核算出正确的电感值对选用适宜的电感和输出电容以取得最小的输出电压纹波而言非常重要。
 
从图1能够看出,流过高频开关电源电感器的电流由沟通和直流两种重量组成,因为沟通重量具有较高的频率,所以它会通过输出电容流入地,发生相应的输出纹波电压dv=di×RESR。这个纹波电压应尽可能低,避免影响高频开关电源体系的正常操作,一般要求峰峰值为10mV~500mV。
怎么为高频开关电源选择合适的电感呢?

纹波电流的巨细同样会影响电感器和输出电容的尺度,纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%,因而对降压型高频开关电源来说,流过电感的电流峰值比高频开关电源输出电流大5%~15%。
 
降压型高频开关电源的电感挑选
 
为降压型高频开关电源挑选电感器时,需求断定最大输入电压、输出电压、高频开关电源开关频率、最大纹波电流、占空比。下面以图2为例阐明降压型高频开关电源电感值的核算,首要假定开关频率为300kHz、输入电压规模12V±10%、输出电流为1A、最大纹波电流300mA。
怎么为高频开关电源选择合适的电感呢?

最大输入电压值为13.2V,对应的占空比为:D=Vo/Vi=5/13.2=0.379 (3)
 
其间,Vo为输出电压、Vi为输出电压。当开关管导通时,电感器上的电压为: V=Vi-Vo=8.2V (4)
 
当开关管关断时,电感器上的电压为:
 
V=-Vo-Vd=-5.3V (5)
dt=D/F (6)
 
把公式2/3/6代入公式2得出:
怎么为高频开关电源选择合适的电感呢?

升压型高频开关电源的电感挑选
 
关于升压型高频开关电源的电感值核算,除了占空比与电感电压的关系式有所改动外,其它进程跟降压型高频开关电源的核算方式一样。以图3为例进行核算,假定开关频率为 300kHz、输入电压规模5V±10%、输出电流为500mA、功率为80%,则最大纹波电流为450mA,对应的占空比为:D=1-Vi/Vo=1-5.5/12=0.542 (7)
D=1-23.76/36=34%
怎么为高频开关电源选择合适的电感呢?

当开关管导通时,电感器上的电压为:V=Vi=5.5V (8)23.76
 
当开关管关断时,电感器上的电压为:V=Vo+Vd-Vi=6.8V (9) 12.54
 
把公式6/7/8代入公式2得出:
359uH(最大纹波电流为0.542的情况下)
 
161.568uH(最大纹波电流为1A的情况下)
请注意,升压高频开关电源与降压高频开关电源不同,前者的负载电流并不是一直由电感电流供给。当开关管导通时,电感电流通过开关管流入地,而负载电流由输出电容供给,因而输 出电容必须有足够大的储能容量来供给这一期间负载所需的电流。但在开关管关断期间,流经电感的电流除了供给给负载,还给输出电容充电。
 
一般来说,电感值变大,输出纹波会变小,但高频开关电源的动态呼应也会相应变差,所以电感值的选取能够依据电路的详细使用要求来调整以到达最理想作用。开关频率的提 高能够让电感值变小,然后让电感的物理尺度变小,节约电路板空间,因而现在的高频开关电源有往高频开展的趋势,以习惯电子产品的体积越来越小的要求       

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