如何為開關(guān)電源選擇合適的電感(完整版)

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1、如何為開關(guān)電源選擇合適的電感中心議題：電感的特點(diǎn)降壓型開關(guān)電源的電感選擇升壓型開關(guān)電源的電感選擇解決方案：計(jì)算降壓型開關(guān)電源的電感值計(jì)算升壓型開關(guān)電源的電感值電感是開關(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(chǔ)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(diǎn)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(huì)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，有的應(yīng)用允許電感從一定電流值開

2、始進(jìn)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(jìn)行區(qū)分。大多數(shù)情況下，電感工作在“線性區(qū)”，此時(shí)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(gè)不可忽視的問題，即電感的繞線將導(dǎo)致兩個(gè)分布參數(shù)(或寄生參數(shù))，一個(gè)是不可避免的繞線電阻，另一個(gè)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(shí)影響不大，但隨頻率的提高而漸顯出來，當(dāng)頻率高到某個(gè)值以上時(shí)，電感也許變成電容特性了。如果將雜散電容“集中”為一個(gè)電容，則從電感的等效電路可以看出在某一頻率后所呈現(xiàn)的電容特性。當(dāng)分析電感在線路中的工作狀況或者繪制電壓

3、電流波形圖時(shí)，不妨考慮下面幾個(gè)特點(diǎn)：1.當(dāng)電感L中有電流I流過時(shí)，電感儲(chǔ)存的能量為：E＝0.5×L×I2(1)2.在一個(gè)開關(guān)周期中，電感電流的變化(紋波電流峰峰值)與電感兩端電壓的關(guān)系為：V＝(L×di)/dt(2)由此可看出，紋波電流的大小跟電感值有關(guān)。3.就像電容有充、放電電流一樣，電感器也有充、放電電壓過程。電容上的電壓與電流的積分(安·秒)成正比，電感上的電流與電壓的積分(伏·秒)成正比。只要電感電壓變化，電流變化率di/dt也將變化；正向電壓使電流線性上升，反向電壓使電流線性下降。計(jì)算出正確的電感值對(duì)選用合適的電感和輸出電

4、容以獲得最小的輸出電壓紋波而言非常重要。從圖1可以看出，流過開關(guān)電源電感器的電流由交流和直流兩種分量組成，因?yàn)榻涣鞣至烤哂休^高的頻率，所以它會(huì)通過輸出電容流入地，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出紋波電壓dv=di×RESR。這個(gè)紋波電壓應(yīng)盡可能低，以免影響電源系統(tǒng)的正常操作，一般要求峰峰值為10mV~500mV。紋波電流的大小同樣會(huì)影響電感器和輸出電容的尺寸，紋波電流一般設(shè)定為最大輸出電流的10%~30%，因此對(duì)降壓型電源來說，流過電感的電流峰值比電源輸出電流大5%~15%。降壓型開關(guān)電源的電感選擇為降壓型開關(guān)電源選擇電感器時(shí)，需要確定最大輸入電壓、

5、輸出電壓、電源開關(guān)頻率、最大紋波電流、占空比。下面以圖2為例說明降壓型開關(guān)電源電感值的計(jì)算，首先假設(shè)開關(guān)頻率為300kHz、輸入電壓范圍12V±10%、輸出電流為1A、最大紋波電流300mA。最大輸入電壓值為13.2V，對(duì)應(yīng)的占空比為：D＝Vo/Vi＝5/13.2＝0.379(3)其中，Vo為輸出電壓、Vi為輸出電壓。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感器上的電壓為：V＝Vi－Vo＝8.2V(4)當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感器上的電壓為：V＝-Vo－Vd＝-5.3V(5)dt＝D/F(6)把公式2/3/6代入公式2得出：升壓型開關(guān)電源的電感選擇對(duì)于升壓型開

6、關(guān)電源的電感值計(jì)算，除了占空比與電感電壓的關(guān)系式有所改變外，其它過程跟降壓型開關(guān)電源的計(jì)算方式一樣。以圖3為例進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)開關(guān)頻率為300kHz、輸入電壓范圍5V±10%、輸出電流為500mA、效率為80%，則最大紋波電流為450mA，對(duì)應(yīng)的占空比為：D＝1－Vi/Vo＝1－5.5/12＝0.542(7)D=1-23.76/36=34%當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感器上的電壓為：V＝Vi＝5.5V(8)23.76當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感器上的電壓為：V＝Vo＋Vd－Vi＝6.8V(9)12.54把公式6/7/8代入公式2得出：359uH（最大紋

7、波電流為0.542的情況下）161.568uH（最大紋波電流為1A的情況下）請(qǐng)注意，升壓電源與降壓電源不同，前者的負(fù)載電流并不是一直由電感電流提供。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感電流經(jīng)過開關(guān)管流入地，而負(fù)載電流由輸出電容提供，因此輸出電容必須有足夠大的儲(chǔ)能容量來提供這一期間負(fù)載所需的電流。但在開關(guān)管關(guān)斷期間，流經(jīng)電感的電流除了提供給負(fù)載，還給輸出電容充電。一般而言，電感值變大，輸出紋波會(huì)變小，但電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也會(huì)相應(yīng)變差，所以電感值的選取可以根據(jù)電路的具體應(yīng)用要求來調(diào)整以達(dá)到最理想效果。開關(guān)頻率的提高可以讓電感值變小，從而讓電感的物理尺寸變小

8、，節(jié)省電路板空間，因此目前的開關(guān)電源有往高頻發(fā)展的趨勢(shì)，以適應(yīng)電子產(chǎn)品的體積越來越小的要求