電子設備在變得高性能的同時,會通過降低其所使用的LSI電源電壓來實現低耗電量以及高速化。電源電壓下降時,電壓變動的要求值将會變得更為嚴格,為滿足此要求特性,高性能DC-DC轉換器的需求不斷增加,而功率電感器則是左右其性能的重要元件。
電感器(線圈)可使直流電流順利流過,而對于發生變化的電流,則會産生妨礙其變化的電動勢。這稱為自感應,針對交流電流,其擁有頻率越高越難通過的性質。為此,當電流流過電感器時會将其儲存為能量,屏蔽電流時會釋放能量。功率電感器正是利用了此性質,并且主要用于DC-DC轉換器等電源電路中。
降壓型DC-DC轉換器(二極管整流型)的基本電路,功率電感器是左右其性能的重要元件
功率電感器的設計難度在于其特性會随電流大小或溫度等而發生變化。例如,電感(L)擁有随電流增大而降低的性質(直流重疊特性),同時,随着電流增大,溫度會随之上升,由此磁芯導磁率(μ)及飽和磁通密度(Bs)會發生變化。即使電感值相同,直流電阻(Rdc)值也會随繞組的粗細及匝數變化,并
且發熱的程度也會有所不同。此外,磁屏蔽結構的差異也會對噪音特性造成影響。
此類參數相互之間存在複雜的權衡關系,從DC-DC轉換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發選擇最佳的功率電感器十分重要。
功率電感器的磁性體磁芯分為鐵氧體類與金屬類兩大類
功率電感器根據不同工藝可大緻分為繞組型、積層型、薄膜型。同時,磁芯材料使用有鐵氧體類與金屬類磁性體。鐵氧體類磁芯中μ較高,由于高電感、金屬磁性材料磁芯的飽和磁通密度優異,因此适合大電流化。
功率電感器的額定電流分為直流重疊允許電流與溫度上升允許電流兩種
磁芯變為磁飽和後電感值将會下降。可在非磁飽和狀态下流過的最大電流為直流重疊允許電流(例:相比初始電感值降低40%)。同時,繞組電阻引起的發熱中所規定的為溫度上升允許電流(例:因自發熱導緻溫度上升40℃)。一般情況下,該兩種允許電流中,較小的一方為額定電流。
電感電流一般有2個值:
Isat是指飽和電流,一般指飽和電流(SaturationCurrent)電感值下降到30%(不同廠家定義有所不同,一般為10%-30%)的電流。---dcdc電路中感電流瞬間值不能超過這個。
Irms是溫升電流,也就是加電流後,電感産品自我溫升溫度不超過40度時的電流。DC-DC電路中電感電流有效值不能超過這個.
電感值計算公式:
Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin) ---同步BUCK,異步需要加入二極管的電壓
步驟:
(1)确認輸出電流Iout
(2)确認電感值
Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin)
一般來說 △I(上圖的Ipp)取20%-30%的Iout(最大輸出電流),f為DCDC開關頻率
(3)根據Lmin選取L,一般略取大一點
(4)通過上面的公式計算△I,Imax
Imax=Iout 1/2 △I,飽和電流要大于Imax
(5)确認電感的飽和電流要大于Imax
溫升電流要大于Iout
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