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降壓式變換電路的電感要求

分類:
企業動態
作者:
北京穩固得
來源:
北京穩固得
2018/04/16 09:56
評論:

 

  我們在12種開關電源拓撲及計算公式一文中介紹過Buck電路的計算,大家都知道Buck電路是常見的應用電路,Buck電路的電感要求有超低功率或者超高功率開關電源穩壓器的電感,并不象一般開關電源那樣容易選擇。下面北京穩固得電子有限公司工程師就給大家分享一下Buck電路的電感要求。

  Buck電路包含開關導通時等效電路、開關關斷時等效電路,Buck電路的工作原理:從電路可以看出,電感L和電容C組成低通濾波器,此濾波器設計的原則是使 us(t)的直流分量可以通過,而抑制 us(t) 的諧波分量通過;電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波uripple(t) 。

  對工程師而言,鐵磁性元件(電感)可能是最早接觸的非線性器件。但是根據制造商提供的數據,很難預測電感在高頻時的損耗。因為制造商通常只提供諸如開路電感、工作電流、飽和電流、直流電阻以及自激頻率等參數。對于大部分開關電源設計來說,這些參數已經足夠了,并且根據這些參數選擇合適的電感也非常容易。但是,對于超低電流、超高頻率開關電源來說,電感磁芯的非線性參數對頻率非常敏感,其次,頻率也決定了線圈損耗。

  對于普通開關電源,相對于直流I2R損耗來說,磁芯損耗幾乎可以忽略不計。所以通常情況下,除了“自激頻率“這個與頻率有關的參數外,電感幾乎沒有其他與頻率相關的參數。但是,對于超低功率、超高頻率系統(電池供電設備),這些高頻損耗(磁芯損耗和線圈損耗)通常會遠遠大于直流損耗。

  線圈損耗包括直流I2R損耗和交流損耗。其中,交流損耗主要是由于趨膚效應和鄰近效應所導致。趨膚效應是指隨著頻率的提高移動的電荷越來越趨于導體表面流動,相當于減小了導體導電的橫截面積,提高了交流阻抗。比如:在2MHz頻率,導體導電深度(從導體表面垂直向下)大概只有0.00464厘米。這就導致電流密度降低到原來的1/e(大概0.37)。鄰近效應是指電流在電感相鄰導線所產生的磁場會互相影響,從而導致所謂的“擁擠電流”,也會提高交流阻抗。對于趨膚效應,可以通過多芯電線(同一根導線內含多根細導線)適度緩解。對于那些交流電流紋波遠小于直流電流的電路,多芯電線可以有效降低電感的總損耗。

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