在開關電源的規劃中電感的規劃為工程師帶來的很多的應戰。工程師不只要挑選電感值,還要思考電感可接受的電流,繞線電阻,機械尺度等等。本文專心于解說:電感上的DC電流效應。這也會為挑選適宜的電感供給必要的信息。
了解電感的功用
電感常常被了解為開關電源輸出端中的LC濾波電路中的L(C是其間的輸出電容)。雖然這么了解是準確的,可是為了了解電感的規劃就有必要更深化的了解電感的行為。
在降壓轉換中(Fairchild典型的開關控制器),電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端經過開關頻率切換連接到輸入電壓或GND。
在狀況1過程中,電感會經過(高邊 “high-side”)MOSFET連接到輸入電壓。在狀況2過程中,電感連接到GND。因為使用了這類的控制器,能夠選用兩種方法完成電感接地:經過二極管接地或經過(低邊“low-side”)MOSFET接地。假如是后一種方法,轉換器就稱為“同步(synchronus)”方法。
如今再思考一下在這兩個狀況下流過電感的電流是假如變化的。在狀況1過程中,電感的一端連接到輸入電壓,另一端連接到輸出電壓。關于一個降壓轉換器,輸入電壓有必要比輸出電壓高,因而會在電感上構成正向壓降。相反,在狀況2過程中,本來連接到輸入電壓的電感一端被連接到地。關于一個降壓轉換器,輸出電壓必定為正端,因而會在電感上構成負向的壓降。
咱們使用電感上電壓核算公式:
V=L(dI/dt)
因而,當電感上的電壓為正時(狀況1),電感上的電流就會添加;當電感上的電壓為負時(狀況2),電感上的電流就會減小。經過電感的電流如圖2所示:
經過上圖咱們能夠看到,流過電感的最大電流為DC電流加開關峰峰電流的一半。上圖也稱為紋波電流。依據上述的公式,咱們能夠核算出峰值電流:
其間,ton是狀況1的時刻,T是開關周期(開關頻率的倒數),DC為狀況1的占空比。
警告:上面的核算是假定各元器材(MOSFET上的導通壓降,電感的導通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降)上的壓降對比輸入和輸出電壓是能夠疏忽的。
假如,器材的降低不行疏忽,就要用下列公式作準確核算:
同步轉換電路:
異步轉換電路:
其間,Rs為感應電阻阻抗加電感繞線電阻的阻。Vf 是肖特基二極管的正向壓降。R是Rs加MOSFET導通電阻,R=Rs+Rm。