為你的DC-DC轉(zhuǎn)換器選擇最合適的電感（共5頁pdf下載）

ID:422141 · 發(fā)表于 2018-11-7 09:01

概述
要選擇合適的電感就需要充分了解電感性能以及想要達(dá)到的內(nèi)部電路性能與供應(yīng)商數(shù)據(jù)表中的信息有何關(guān)聯(lián)。此文為經(jīng)驗(yàn)豐富的功率轉(zhuǎn)換專家和非專業(yè)人員講解電感目錄和重要規(guī)格。

介紹
DC-DC 轉(zhuǎn)換器的使用越來越普遍了。由于電子系統(tǒng)越來越小型化、移動化、復(fù)雜化和受歡迎，功率要求也就變得多樣化了�？捎玫碾姵仉妷骸⒁蟮墓ぷ麟妷�、尺寸和形狀要求不斷地在改變，這就使設(shè)備設(shè)計(jì)人員需要不停地尋找新的功率轉(zhuǎn)換解決辦法。產(chǎn)品要求通常會促使性能改進(jìn)和尺寸減縮，因此最優(yōu)化是極其重要的。對于功率轉(zhuǎn)換，“一體適用”并不適合所有應(yīng)用。例如，圖 1 所示的薄型元件需求量大。

不但轉(zhuǎn)換器的市場購買增長，而且許多電路設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在都會設(shè)計(jì)他們自己的 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路，而不用依靠電源專業(yè)公司。這就使選用元件的電路設(shè)計(jì)人員增加�；A(chǔ)的 DC-DC 轉(zhuǎn)換電路是非常成熟的技術(shù)并且發(fā)展相當(dāng)緩慢。正因?yàn)槿绱耍髡咧朴喌脑O(shè)計(jì)輔助手冊是相當(dāng)實(shí)用和有用的，借助于它，設(shè)備設(shè)計(jì)人員就能夠進(jìn)行他們自己的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。推動這些設(shè)計(jì)的軟件也很容易獲取 1。
在確定電路拓?fù)浜�，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵任務(wù)之一是選擇元件。很多電路設(shè)計(jì)程序會列出所要求的元件參數(shù)值設(shè)計(jì)人員的任務(wù)就是從明確要取得的電感值到選取一個(gè)可用的元件以開展工作。能夠用于 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的電感形狀和尺寸繁多。圖 2和 3顯示了可能使用的兩種電感形狀。為了對比類型和選擇最理想的應(yīng)用元件，設(shè)計(jì)人員必須正確地理解所公布的規(guī)格。

DC-DC轉(zhuǎn)換器要求
簡單地說，DC-DC 轉(zhuǎn)換器的功能就是在給定的輸入電壓下提供穩(wěn)定的直流輸出電壓。在給定的負(fù)載電流范圍和/或輸入電壓范圍下，轉(zhuǎn)換器通常需要調(diào)節(jié)直流輸出電壓。最理想的是，直流輸出是“純凈的”，即紋波電流或電壓低于規(guī)定的水平。此外，負(fù)載功率要來自于規(guī)定效率的電源。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，功率電感的選擇是一個(gè)重要的步驟。

功率電感參數(shù)

電感性能可以用一些數(shù)字來說明。表 1 顯示的是用于 DC-DC 轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)表貼功率電感的典型數(shù)據(jù)表摘錄。

要正確地使用額定值就必須理解它們是如何得來的。由于數(shù)據(jù)表不可能顯示所有工作條件下的性能，這就有必要了解額定值在不同的工作條件下是如何變化的。

電感值 (L)
電感值是實(shí)現(xiàn)所需電路功能的主要參數(shù)，也是大多數(shù)設(shè)計(jì)程序中第一個(gè)要計(jì)算的參數(shù)。計(jì)算的電感值要能夠提供最小的能量儲存（或伏特-微秒容量）以及減少輸出電流紋波。使用小一點(diǎn)的電感值會增加直流輸出的交流紋波。使用太大或太小的電感值可能會使轉(zhuǎn)換器在連續(xù)與非連續(xù)運(yùn)行模式之間變化。公差大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用對電感公差沒有特別嚴(yán)格的要求。對于大多數(shù)元件來說，選擇標(biāo)準(zhǔn)公差產(chǎn)品合乎成本效益，并且能夠滿足絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求。表 1 的電感公差是±20%，適用于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器。

測試條件
■  電壓。額定電感值應(yīng)說明應(yīng)用的頻率和測試電壓。大多數(shù)目錄額定電感值是基于“小”正弦電壓。對于電感供應(yīng)商來說，這是最容易且重復(fù)性最高的方法，并且給出了適于大多數(shù)應(yīng)用的電感值。
■  波形。正弦電壓是標(biāo)準(zhǔn)的儀表測試條件，通常它能很好地確保取得設(shè)計(jì)公式計(jì)算出的電感值
■  測試頻率。大多數(shù)功率電感在 20 kHz ~ 500 kHz 的范圍內(nèi)不會變化很大，因此經(jīng)常會使用一個(gè)基于 100 kHz 的額定值，而且也比較合適。必須記住的是，隨著頻率增加，電感值最終會減小。這可能是由于所使用的鐵芯材料的頻率響應(yīng)特性或線圈電感值與其分布電容共振。由于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器在 50 kHz ~ 500 kHz的范圍內(nèi)工作，因此 100 kHz是合適的標(biāo)準(zhǔn)測試頻率。隨著開關(guān)頻率增加到500 kHz、 1 MHz 及以上，考慮使用基于實(shí)際應(yīng)用頻率的額定值就更為重要了。

電阻
直流電阻 (DCR)

DCR 只是電感所使用的銅線的一個(gè)量度。它嚴(yán)格基于銅線直徑和長度。在目錄中通常規(guī)定為“最大值”，但也可以規(guī)定為帶公差的標(biāo)稱值。第二種方法通過給出標(biāo)稱值或預(yù)期電阻可能更具指導(dǎo)性，但同時(shí)也會不必要地收緊規(guī)格，因?yàn)楫a(chǎn)品的電阻太小總不會有壞處。

跟通常為銅材的線圈材料的電阻率一樣，DCR 隨溫度的變化而變化。DCR 額定應(yīng)考慮環(huán)境測試溫度，這是很重要的。銅電阻溫度系數(shù)約為每攝氏度+0.4%3。因此，所示的最大額定值為 0.009 Ohms的產(chǎn)品在 85°C 下相應(yīng)的最大額定值為 0.011 Ohms，只差 2毫歐，但總變化約為 25%。預(yù)期直流電阻與溫度關(guān)系如圖 4所示。

交流電阻
此參數(shù)一般不會在電感數(shù)據(jù)表中顯示，它通常不是一個(gè)問題，除非工作頻率或電流的交流成分比直流成分大。

由于集膚效應(yīng)，大多數(shù)電感線圈的電阻隨工作頻率的增大而增大。如果交流或紋波電流相對于平均或直流電流要小，那么 DCR 是一個(gè)很好的電阻損耗度量標(biāo)準(zhǔn)。集膚效應(yīng)隨銅線直徑和頻率的變化而變化 3，因此，要包含此數(shù)據(jù)就需要目錄所列的每一電感的完整頻率曲線。

這對低于 500 kHz 的大多數(shù)應(yīng)用來說都是不必要的。從圖 5 可以看出，在低于約 200 kHz 的頻率下，交流電阻不能與直流電阻相比。即使高于這個(gè)頻率，如果交流電流不比直流成分大的話，交流電阻也不是一個(gè)問題。然而，對高于 200-300 kHz 的頻率，建議向供應(yīng)商索取損耗與頻率的信息，作為對所公布的信息的補(bǔ)充。如果元件的尺寸要最小化，設(shè)計(jì)人員應(yīng)選擇有盡可能大電阻的元件。通常情況下，減小 DCR 意味著必須使用較大的銅線，總體尺寸就可能比較大。因此，優(yōu)化 DCR 選擇即是功率效率、元件允許的壓降和元件尺寸之間的權(quán)衡。

自諧頻率 (SRF)
每個(gè)電感線圈都有一些聯(lián)帶的分布電容，與電感值一起形成一個(gè)有自諧頻率的并聯(lián)諧振回路。對于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器來說，電感最好是在遠(yuǎn)低于 SRF的頻率下工作。這個(gè)通常在電感數(shù)據(jù)中顯示為“典型”值。

電流額定值
在確定一個(gè)功率電感時(shí)，電流額定值或許是最難確定的額定值。在整個(gè)開關(guān)循環(huán)過程中，通過 DC-DC 轉(zhuǎn)換器電感的電流總是在變化，并且可能是循環(huán)到循環(huán)的變化，這取決于轉(zhuǎn)換器的運(yùn)作，包括由于突加負(fù)載或線路變化而產(chǎn)生的瞬變電流或尖峰電流。這就產(chǎn)生一個(gè)不斷變化的電流值，有時(shí)具有非常高的峰均比。正是峰均比使規(guī)格的確定變得困難。如果用最大瞬時(shí)峰值電流作為“電流額定值”來選擇電感是不必要的；但如果用平均電流作為電流額定值來選擇電感，當(dāng)通過峰值電流時(shí)，電感可能不能很好地工作。解決此問題的方法是尋找有兩種電流額定值的電感，一個(gè)用來應(yīng)付因峰值電流導(dǎo)致的鐵芯飽和，一個(gè)是解決平均電流的發(fā)熱問題。飽和電流電流通過電感的一個(gè)影響是鐵芯飽和。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的電流波形一般都有一個(gè)直流成分。此直流電流通過電感時(shí)偏置鐵芯從而導(dǎo)致其磁通量飽和。設(shè)計(jì)人員需要知道，當(dāng)發(fā)生飽和時(shí)，電感值下降，元件功能也不再表現(xiàn)為電感。圖 6 是一個(gè)帶氣隙的鐵氧體磁芯的電感值與電流的曲線圖�？梢钥吹�，當(dāng)電感進(jìn)入飽和區(qū)域時(shí)，這條曲線有一個(gè)“拐點(diǎn)”。因此，對飽和電流的定義就顯得有些隨意，但必須對其進(jìn)行定義。在表 1 的例子中，飽和電流被定義為電感值下降 10%時(shí)的電流。在 10-20%的范圍內(nèi)進(jìn)行定義是很普遍的，但應(yīng)注意的是，有些電感目錄可能會定義為電感值下降 50%時(shí)的電流。這會增大電流額定值，但就電流的可用范圍而言，這可能會引起誤導(dǎo)。

完整的pdf格式文檔51黑下載地址（共5頁）：

為你的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器.pdf (365.5 KB, 下載次數(shù): 30)

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊