BUCK電路電感選擇和計(jì)算.doc

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1、BUCK電路電感選擇和計(jì)算電感參數(shù)當(dāng)導(dǎo)線內(nèi)通過交流電流時，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍產(chǎn)生交變磁通，導(dǎo)線的磁通量與產(chǎn)生此磁通的電流成正比。當(dāng)電感中通過直流電流時，其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線，不隨時間而變化；可是當(dāng)在線圈中通過交流電流時，其周圍將呈現(xiàn)出隨時間而變化的磁力線。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律來分析，電感則是電流通過線圈產(chǎn)生的磁通量儲存在鐵心中存儲能量（Φ=LI），當(dāng)通過線圈的電流愈大時磁通量也相對愈大，即代表儲存的能量越大。如圖1中，開關(guān)導(dǎo)通時間段，電感L內(nèi)的電流逐漸增加，當(dāng)導(dǎo)通結(jié)束后，進(jìn)入截止時間段，這時候由于L內(nèi)的電

2、流達(dá)到最大值，電感中的電流不能突變，所以，繼續(xù)有電流流過，當(dāng)截止時間結(jié)束后，電感中的電流達(dá)到最小值，重新開始新的周期。電感就是通過這種在周期中的導(dǎo)通時間，將能量儲存在磁場內(nèi)，并在斷開時將所儲存的能量提供給負(fù)載來工作。圖1.電感在DC-DCBuck電路中的應(yīng)用，工作在連續(xù)電流模式下。電感兩端的電壓可以突變但電流不會突變。由于電感中變化磁場會對周邊產(chǎn)生電磁輻射，對周邊敏感組件產(chǎn)生干擾，因此屏蔽是首先需要考慮的，屏蔽的電感最主要就對外輻射少，但是尺寸比較大，價格也貴。非屏蔽的電感則可以做的很小，電流也可以做的很大，價格

3、也便宜。如果設(shè)計(jì)中問題輻射是關(guān)鍵因素，屏蔽電感還是首選。當(dāng)電流流過時，電感的溫度會上升，交流紋波（ACripple）會導(dǎo)致磁芯損耗，而直流電流會導(dǎo)致感應(yīng)系數(shù)下降。穩(wěn)態(tài)狀況下直流電流Irms引起電感溫度上升20-40攝氏度，這也是電感功耗的主要參考。另外，也有將Irms歸類成輸出電流或開關(guān)模塊的平均電流。功耗有兩部分組成，已是由Irms部分計(jì)算的直流損耗P=I2R和AC紋波電流引起的磁芯損耗。電感選擇示例buck轉(zhuǎn)換電路為例說明濾波電感的設(shè)計(jì)方法。這是常用的降壓調(diào)節(jié)電路，以提供穩(wěn)定和高效的輸出電壓。在變換電路中，設(shè)

4、有LC濾波電路，濾波電感中的電流含有一個直流成分和一個周期性變化的脈動成分。電感L的作用是濾除斬波開關(guān)輸出電流中的脈動成分，以減小紋波，也可以看成是續(xù)流用的，當(dāng)開關(guān)斷開的時候，電感、負(fù)載、續(xù)流二極管就組成了回路。從濾波效果方面考慮，電感量越大，效果越明顯。但是，如果電感量過大，會使濾波器的電磁時間常數(shù)變得很大，使得輸出電壓對占空比變化的響應(yīng)速度變慢，從而影響整個系統(tǒng)的快速性。一味地追求減小輸出電壓的紋波成分是不可取的。所以在設(shè)計(jì)電感參數(shù)時應(yīng)從減小紋波和保持一定的快速性兩個方面去考慮。此電路要求的相關(guān)參數(shù)如下：Vi

5、n=8-12V；Vo=5V；Io=0.5-2A；fswitch=250kHz。電路工作在連續(xù)電流模式（CCM）下，即在各個工作狀態(tài)下，電感中電流大于0A。現(xiàn)在根據(jù)以上參數(shù)，可以算出所需電感的參數(shù)：磁芯材料和相應(yīng)的參數(shù)1.計(jì)算電路中開關(guān)的周期Ｔ：Ｔ=1/f=1/250kHz=4μs2.計(jì)算電路中開關(guān)的占空比Ｄ：Ｄmin=Vo/Vin（max）=5V/12V=0.43.計(jì)算開關(guān)導(dǎo)通時間Ton：Ton=ＴxＤmin=4μs×0.4=1.6μs4.計(jì)算電感的紋波電流dI，一般不超過最大輸出電流的30%：dI=Io×0.3

6、=2A×0.3=0.6A5.計(jì)算電感兩端的電壓V：V=Vin（max）-Vout-Vdiode=12V-5V-1V=6V6.計(jì)算最小的感應(yīng)系數(shù)，由V=LdI/dt得出：Lmin＝Vdt/dI=6V×1.6μs/0.6A=16μH7.計(jì)算考慮誤差的感應(yīng)系數(shù)，考慮到與標(biāo)準(zhǔn)之間20%的偏差和在額定電流下會有10-35％降幅：L=16μH/（0.8×0.65）=31μH電流大了，磁心將進(jìn)入磁化曲線的飽和區(qū)，磁導(dǎo)率下降，故電感量下降。8.計(jì)算峰值電流Ipeak：Ipeak=Io（max）+dI/2=2A+0.6A/2=2.

7、3A電感的結(jié)構(gòu)包括磁芯的尺寸、材料、繞組的匝數(shù)、導(dǎo)線的直徑等內(nèi)容。電感量越大說明相應(yīng)的匝數(shù)也會增多，磁芯的體積就要大一些；電流越大，說明采用的導(dǎo)線就越粗，也要求磁芯的體積增大。現(xiàn)在關(guān)于電感的所有參數(shù)都計(jì)算出來了，接下來就需要根據(jù)參數(shù)挑選合適的電感。根據(jù)電感目錄對照可以很方便找出合適的電感。以下也給出了一些電感選擇經(jīng)驗(yàn)1.電感電流要依據(jù)設(shè)計(jì)中最大輸出電流來選擇2.電感的值必須達(dá)到理論的計(jì)算3.選擇理想的DC阻抗，因?yàn)樽杩乖叫?，DC損耗就越小4.選擇合適的電感結(jié)構(gòu)和磁芯類別