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開(kāi)關(guān)電源電感器的選用

瀏覽次數:4189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(zhù)全球對高能效產(chǎn)品需求的不斷增加,傳統上采用更廉價(jià)但低能效的線(xiàn)性電源市場(chǎng)也將轉向采用開(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(mǎn)足客戶(hù)對功率更大、占用空間更小的電源的要求。這種發(fā)展趨勢為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)啟了新的市場(chǎng),并使部分設計工程師面臨市場(chǎng)對開(kāi)關(guān)電源設計的需求。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計的應用,像電壓調節模塊(vrm)和負載點(diǎn)(pol)型電源,但不包括基于更大底板的系統。 圖1 典型的降壓拓撲結構電源圖1所示為一個(gè)降壓拓撲結構電源的架構,該構架廣泛應用于輸出電壓小于輸入電壓的系統。在典型的降壓拓撲結構電路中,當開(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,并以某一速率穩步增大,增加速率取決于電路電感。根據楞次定律,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)負載電阻rl的電流穩定增加,輸出電壓成正比增大。在達到預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正向導通,從而繼續向輸出電路供給電流,直至開(kāi)關(guān)再度接通。這一循環(huán)反復進(jìn)行,而開(kāi)關(guān)的次數由控制集成電路來(lái)確定,并將輸出電壓調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,流過(guò)電感器和其它降壓拓撲電路元件上的電壓和電流波形。 圖2 采用降壓拓撲結構的開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)動(dòng)作波形圖電感值對于在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間保持流向負載的電流很關(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,仍能夠為負載供應足夠的電流。為確定最小的電感值,需要知道如下信息:·輸入電壓范圍·輸出電壓及其規定范圍·工作頻率(開(kāi)關(guān)頻率)·電感器紋波電流 ·運行模式;連續運行模式還是非連續運行模式表1 典型的降壓電源系統技術(shù)規格 下列公式用于計算降壓變換器所需的電感值:l1 = vo(1-vo/(vin-von))/(f*di) 連續運行模式下:di < 1/2i為了算出適用于電源整個(gè)運行條件的最小電感值,對參數值的選擇必須能夠保證在各項參數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值范圍內。而針對降壓型電源,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值時(shí)。此外,還要將輸出電壓也取為其最小規定值,以確定能夠保持正常調節功能所需的最低電感值。設計者可以按照自己所習慣的方式,對這些數值進(jìn)行控制,以達到最差條件成立的狀態(tài)。按照表1中所列出的數據,最小電感值計算如下: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。而如果選擇一個(gè)電感值低于此最小值的電感器,就將導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定范圍內。將電感值確定以后,實(shí)際電感器的設計必須符合相關(guān)電氣標準、系統尺寸和安裝方式等限制。許多磁性元件供應商均提供各種型號的標準產(chǎn)品,可滿(mǎn)足絕大多數的設計標準要求。但是,在設計中采用現貨供應的標準產(chǎn)品,有可能導致電感器的性能和尺寸方面有所不足,并可能最終對產(chǎn)品的銷(xiāo)售造成不利影響。而幸運的是,包括泰科電子coev 磁性組件部在內的一些供應商,能夠提供必要的定制工程設計支持, 以滿(mǎn)足將特定電感值、電氣性能和外形
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