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《開關(guān)電源之電感設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、深入剖析電感電流――DC/DC電路中電感的選擇原文：FairchildSemiconductorAB-12：InsightintoInductorCurrent下載翻譯：frm（注：只有充分理解電感在DC/DC電路中發(fā)揮的作用，才能更優(yōu)的設(shè)計DC/DC電路。本文還包括對同步DC/DC及異步DC/DC概念的解釋。）本文PDF文檔下載簡介在開關(guān)電源的設(shè)計中電感的設(shè)計為工程師帶來的許多的挑戰(zhàn)。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。本文專注于解釋：電感上的DC電流效應(yīng)。這也會為選擇合適的電感提供必要的信息。理解電感的功能電感常常被理解為開關(guān)電源輸出端中的LC濾
2、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(shè)計就必須更深入的了解電感的行為。在降壓轉(zhuǎn)換中（Fairchild典型的開關(guān)控制器），電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端通過開關(guān)頻率切換連接到輸入電壓或GND。在狀態(tài)1過程中，電感會通過（高邊“high-side”）MOSFET連接到輸入電壓。在狀態(tài)2過程中，電感連接到GND。由于使用了這類的控制器，可以采用兩種方式實現(xiàn)電感接地：通過二極管接地或通過（低邊“l(fā)ow-side”）MOSFET接地。如果是后一種方式，轉(zhuǎn)換器就稱為“同步（synchronus）”方式?，F(xiàn)在再考慮一下在這兩個狀態(tài)下流過電感的電流是如果
3、變化的。在狀態(tài)1過程中，電感的一端連接到輸入電壓，另一端連接到輸出電壓。對于一個降壓轉(zhuǎn)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(tài)2過程中，原來連接到輸入電壓的電感一端被連接到地。對于一個降壓轉(zhuǎn)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(tài)1），電感上的電流就會增加；當電感上的電壓為負時（狀態(tài)2），電感上的電流就會減小。通過電感的電流如圖2所示：通過上圖我們可以看到，流過電感的最大電流為DC電流加開關(guān)峰峰電流的一半。上圖也稱為紋波電流。根據(jù)上述的公式，我們可以計算出峰值電
4、流：其中，ton是狀態(tài)1的時間，T是開關(guān)周期（開關(guān)頻率的倒數(shù)），DC為狀態(tài)1的占空比。警告：上面的計算是假設(shè)各元器件（MOSFET上的導(dǎo)通壓降，電感的導(dǎo)通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降）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(zhuǎn)換電路：異步轉(zhuǎn)換電路：其中，Rs為感應(yīng)電阻阻抗加電感繞線電阻的阻。Vf是肖特基二極管的正向壓降。R是Rs加MOSFET導(dǎo)通電阻，R=Rs+Rm。電感磁芯的飽和度通過已經(jīng)計算的電感峰值電流，我們可以發(fā)現(xiàn)電感上產(chǎn)生了什么。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。這是由于磁芯材料的物理特性決
5、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(zhuǎn)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”。這也是電感的基本參數(shù)。實際上，轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)功率電感總會有一個“軟”飽和度。要了解這個概念可以觀察實際測量的電感VsDC電流的曲線：當電流增加到一定程度后，電感量就不會急劇下降了，這就稱為“軟”飽和特性。如果電流再增加，電感就會損壞了。注意：電感量下降在很多類的電感中都會存在。例如：toroids，gappedE-cores等。但是，rodcore電感就不會有這種變化。有了這個軟飽和的特性，我們就可以知道在所有的轉(zhuǎn)換器中為什么都會規(guī)定在DC輸出電
6、流下的最小電感量；而且由于紋波電流的變化也不會嚴重影響電感量。在所有的應(yīng)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。這也就是為什么大家總是很關(guān)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。為開關(guān)電源選擇合適的電感電感是開關(guān)電源中常用的元件，由于它的電流、電壓相位不同，所以理論上損耗為零。電感常為儲能元件，也常與電容一起用在輸入濾波和輸出濾波電路上，用來平滑電流。電感也被稱為扼流圈，特點是流過其上的電流有“很大的慣性”。換句話說，由于磁通連續(xù)特性，電感上的電流必須是連續(xù)的，否則將會產(chǎn)生很大的電壓尖峰。電感為磁性元件，自然有磁飽和的問題。有的應(yīng)用允許電感飽和，
7、有的應(yīng)用允許電感從一定電流值開始進入飽和，也有的應(yīng)用不允許電感出現(xiàn)飽和，這要求在具體線路中進行區(qū)分。大多數(shù)情況下，電感工作在“線性區(qū)”，此時電感值為一常數(shù)，不隨著端電壓與電流而變化。但是，開關(guān)電源存在一個不可忽視的問題，即電感的繞線將導(dǎo)致兩個分布參數(shù)(或寄生參數(shù))，一個是不可避免的繞線電阻，另一個是與繞制工藝、材料有關(guān)的分布式雜散電容。雜散電容在低頻時影響不大，但隨頻率的提高而漸顯出來，當頻率高到某個值以上時，電感也許變成電容特性了
