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降压式变换电路的电感要求

分类:
企业动态
作者:
北京稳固得
来源:
北京稳固得
2018/04/16 09:56
评论:

 

  我们在12种开关电源拓扑及计算公式一文中介绍过Buck电路的计算,大家都知道Buck电路是常见的应用电路,Buck电路的电感要求有超低功率或者超高功率开关电源稳压器的电感,并不象一般开关电源那样容易选择。下面北京稳固得电子有限公司工程师就给大家分享一下Buck电路的电感要求。

  Buck电路包含开关导通时等效电路、开关关断时等效电路,Buck电路的工作原理:从电路可以看出,电感L和电容C组成低通滤波器,此滤波器设计的原则是使 us(t)的直流分量可以通过,而抑制 us(t) 的谐波分量通过;电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。

  对工程师而言,铁磁性元件(电感)可能是最早接触的非线性器件。但是根据制造商提供的数据,很难预测电感在高频时的损耗。因为制造商通常只提供诸如开路电感、工作电流、饱和电流、直流电阻以及自激频率等参数。对于大部分开关电源设计来说,这些参数已经足够了,并且根据这些参数选择合适的电感也非常容易。但是,对于超低电流、超高频率开关电源来说,电感磁芯的非线性参数对频率非常敏感,其次,频率也决定了线圈损耗。

  对于普通开关电源,相对于直流I2R损耗来说,磁芯损耗几乎可以忽略不计。所以通常情况下,除了“自激频率“这个与频率有关的参数外,电感几乎没有其他与频率相关的参数。但是,对于超低功率、超高频率系统(电池供电设备),这些高频损耗(磁芯损耗和线圈损耗)通常会远远大于直流损耗。

  线圈损耗包括直流I2R损耗和交流损耗。其中,交流损耗主要是由于趋肤效应和邻近效应所导致。趋肤效应是指随着频率的提高移动的电荷越来越趋于导体表面流动,相当于减小了导体导电的横截面积,提高了交流阻抗。比如:在2MHz频率,导体导电深度(从导体表面垂直向下)大概只有0.00464厘米。这就导致电流密度降低到原来的1/e(大概0.37)。邻近效应是指电流在电感相邻导线所产生的磁场会互相影响,从而导致所谓的“拥挤电流”,也会提高交流阻抗。对于趋肤效应,可以通过多芯电线(同一根导线内含多根细导线)适度缓解。对于那些交流电流纹波远小于直流电流的电路,多芯电线可以有效降低电感的总损耗。

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