開(kāi)關(guān)電源電感器的選用
瀏覽次數(shù):4268次 發(fā)布日期:2017-12-27
開(kāi)關(guān)電源一直以來(lái)都是電源業(yè)的主要產(chǎn)品。但是,隨著全球?qū)Ω吣苄Мa(chǎn)品需求的不斷增加,傳統(tǒng)上采用更廉價(jià)但低能效的線性電源市場(chǎng)也將轉(zhuǎn)向采用開(kāi)關(guān)電源。在這一過(guò)渡時(shí)期,電源業(yè)為提高開(kāi)關(guān)頻率而不懈努力,以滿足客戶對(duì)功率更大、占用空間更小的電源的要求。這種發(fā)展趨勢(shì)為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)啟了新的市場(chǎng),并使部分設(shè)計(jì)工程師面臨市場(chǎng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的需求。本文將闡明為非隔離式開(kāi)關(guān)電源(smps)選用電感器的基本要點(diǎn)。所舉實(shí)例適合超薄型表面貼裝設(shè)計(jì)的應(yīng)用,像電壓調(diào)節(jié)模塊(vrm)和負(fù)載點(diǎn)(pol)型電源,但不包括基于更大底板的系統(tǒng)。 圖1 典型的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源圖1所示為一個(gè)降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源的架構(gòu),該構(gòu)架廣泛應(yīng)用于輸出電壓小于輸入電壓的系統(tǒng)。在典型的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路中,當(dāng)開(kāi)關(guān)(q1)閉合時(shí),電流開(kāi)始通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)流向輸出端,并以某一速率穩(wěn)步增大,增加速率取決于電路電感。根據(jù)楞次定律,di=e*dt/l,流過(guò)電感器的電流所發(fā)生的變化量等于電壓乘以時(shí)間變化量,再除以這個(gè)電感值。由于流過(guò)負(fù)載電阻rl的電流穩(wěn)定增加,輸出電壓成正比增大。在達(dá)到預(yù)定的電壓或電流限值時(shí),控制集成電路將開(kāi)關(guān)斷開(kāi),從而使電感周?chē)拇艌?chǎng)衰減,并使偏置二極管d1正向?qū)?,從而繼續(xù)向輸出電路供給電流,直至開(kāi)關(guān)再度接通。這一循環(huán)反復(fù)進(jìn)行,而開(kāi)關(guān)的次數(shù)由控制集成電路來(lái)確定,并將輸出電壓調(diào)控在要求的電壓值上。圖2所示為在若干個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)周期內(nèi),流過(guò)電感器和其它降壓拓?fù)潆娐吩系碾妷汉碗娏鞑ㄐ巍?圖2 采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)動(dòng)作波形圖電感值對(duì)于在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間保持流向負(fù)載的電流很關(guān)鍵。所以必須算出保持降壓變換器輸出電流所必需的最小電感值,以確保在輸出電壓和輸入電流處于最差條件下,仍能夠?yàn)樨?fù)載供應(yīng)足夠的電流。為確定最小的電感值,需要知道如下信息:·輸入電壓范圍·輸出電壓及其規(guī)定范圍·工作頻率(開(kāi)關(guān)頻率)·電感器紋波電流 ·運(yùn)行模式;連續(xù)運(yùn)行模式還是非連續(xù)運(yùn)行模式表1 典型的降壓電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格 下列公式用于計(jì)算降壓變換器所需的電感值:l1 = vo(1-vo/(vin-von))/(f*di) 連續(xù)運(yùn)行模式下:di < 1/2i為了算出適用于電源整個(gè)運(yùn)行條件的最小電感值,對(duì)參數(shù)值的選擇必須能夠保證在各項(xiàng)參數(shù)處于最不利組合的條件下,所選擇的這一電感值仍能將紋波電流保持在特定的數(shù)值范圍內(nèi)。而針對(duì)降壓型電源,其最不利組合條件為:輸入電壓和頻率均處于各自的最低數(shù)值時(shí)。此外,還要將輸出電壓也取為其最小規(guī)定值,以確定能夠保持正常調(diào)節(jié)功能所需的最低電感值。設(shè)計(jì)者可以按照自己所習(xí)慣的方式,對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行控制,以達(dá)到最差條件成立的狀態(tài)。按照表1中所列出的數(shù)據(jù),最小電感值計(jì)算如下:l1(min) = vo(min)(1-vo(min)/(vin(min)-von))/(f(min)*di) l1(min) = 4.95v(1-4.95v/(20v-0.7v))/(693,000hz * 0.5a)l1(min) = 10.6uh因此,在這一具體應(yīng)用中,電感器的電感值至少為10.6 μh,而其電流額定值也要在最低的20安培的工作電流之上,并保持足夠的安全系數(shù)。而如果選擇一個(gè)電感值低于此最小值的電感器,就將導(dǎo)致降壓變換器可能無(wú)法在最大電流下將其輸出電壓保持在規(guī)定范圍內(nèi)。將電感值確定以后,實(shí)際電感器的設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)電氣標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)尺寸和安裝方式等限制。許多磁性元件供應(yīng)商均提供各種型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,可滿足絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。但是,在設(shè)計(jì)中采用現(xiàn)貨供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,有可能導(dǎo)致電感器的性能和尺寸方面有所不足,并可能最終對(duì)產(chǎn)品的銷(xiāo)售造成不利影響。而幸運(yùn)的是,包括泰科電子coev 磁性組件部在內(nèi)的一些供應(yīng)商,能夠提供必要的定制工程設(shè)計(jì)支持, 以滿足將特定電感值、電氣性能和外形