0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

关于DC-DC电路中电感的特性与选择

jf_47150376 来源:jf_47150376 作者:jf_47150376 2023-04-28 09:05 次阅读

对于一名硬件工程师来说,电感是常用的元器件,本文将重点分析电感在DC-DC设计中的运用。只有充分理解电感在DC/DC电路中发挥的作用,才能设计出优秀的DC/DC电路。

开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。我们不仅要选择电感值,还要考虑电感可承受的电流,绕线电阻机械尺寸等等。本文专注于解释:电感上的DC电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息

理解电感的功能

电感常常被理解为开关电源输出端中的LC滤波电路中的L(C是其中的输出电容)。虽然这样理解是正确的,但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。在BUCK降压转换器中,电感的一端是连接到DC输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。

wKgZomRKl82AakzFAABCd5Z9Iu4005.png

图1

在状态1过程中,电感会通过(高边 “high-side”)MOSFET连接到输入电压。在状态2过程中,电感连接到GND。由于使用了这类的控制器,可以采用两种方式实现电感接地:通过二极管接地或通过(低边“low-side”)MOSFET接地。如果是后一种方式,转换器就称为“同步(synchronus)”方式。

现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1过程中,电感的一端连接到输入电压,另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器,输入电压必须比输出电压高,因此会在电感上形成正向压降。相反,在状态2过程中,原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器,输出电压必然为正端,因此会在电感上形成负向的压降。我们利用电感上电压计算公式:V=L(dI/dt)

因此,当电感上的电压为正时(状态1),电感上的电流就会增加;当电感上的电压为负时(状态2),电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2所示:

wKgaomRKl86ACwqXAABL_a_k_0c788.png

图2

通过上图我们可以看到,流过电感的最大电流为DC电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式,我们可以计算出峰值电流:

wKgZomRKl86AHBEUAABENgAYkig537.png

其中,ton是状态1的时间,T是开关周期(开关频率的倒数),DC为状态1的占空比。

注意:上面的计算是假设各元器件(MOSFET上的导通压降,电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降)上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。如果,器件的下降不可忽略,就要用下列公式作精确计算:

wKgaomRKl8-AN47zAABwLv4qO9s555.png

wKgZomRKl8-AZAKdAACNA6u-BJs992.png

其中,Rs为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。Vf是肖特基二极管的正向压降。R是Rs加MOSFET导通电阻,R=Rs+Rm。

电感磁芯的饱和度

通过已经计算的电感峰值电流,我们可以发现电感上产生了什么。很容易会知道,随着通过电感的电流增加,它的电感量会减小。这是由于磁芯材料的物理特性决定的。电感量会减少多少就很重要了:如果电感量减小很多,转换器就不会正常工作了。当通过电感的电流大到电感失效的程度,此时的电流称为“饱和电流”,这也是电感的基本参数

实际上,转换电路中的开关功率电感总会有一个“软”饱和度。要了解这个概念可以观察实际测量的电感Vs DC电流的曲线:

wKgaomRKl8-AHFEHAADQ27fhIMs329.png

当电流增加到一定程度后,电感量就不会急剧下降了,这就称为“软”饱和特性。如果电流再增加,电感就会损坏了。

有了这个软饱和的特性,我们就可以知道在所有的转换器中为什么都会规定在DC输出电流下的最小电感量;而且由于纹波电流的变化也不会严重影响电感量。在所有的应用中都希望纹波电流尽量的小,因为它会影响输出电压的纹波。这也就是为什么大家总是很关心DC输出电流下的电感量的原因。

直接转载来源:头条号(喝枸杞论电子)。

审核编辑:汤梓红

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 开关电源
    +关注

    关注

    6438

    文章

    8259

    浏览量

    479700
  • 电感
    +关注

    关注

    53

    文章

    6087

    浏览量

    102040
  • DC-DC
    +关注

    关注

    30

    文章

    1916

    浏览量

    81329
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    DC-DC电路电感特性选择

    对于一名硬件工程师来说,电感是常用的元器件,本文将重点分析电感DC-DC设计的运用。只有充分理解电感
    发表于 03-29 09:53 1318次阅读

    降压型DC-DC转换电路之功率电感选型

    在降压型(Buck)DC-DC转换电路设计,功率电感是极其重要且必不可少的重要元器件,一次正确的功率电感选型,对
    发表于 05-12 08:50 2660次阅读
    降压型<b class='flag-5'>DC-DC</b>转换<b class='flag-5'>电路</b>之功率<b class='flag-5'>电感</b>选型

    如何计算DC-DC电感

    引言:DC-DC电感值通常我们很少计算,会直接选择手册里面推荐的值,这在通常场景下快速展开设计和选型没有问题,但是当有特别的电源需求时,就需要自己手动计算电感并选型,才能满足我们的设
    发表于 06-12 15:49 2595次阅读
    如何计算<b class='flag-5'>DC-DC</b>的<b class='flag-5'>电感</b>值

    DC-DC Boost电路外围元器件如何选择

    升压稳压器特点: 为满足低压应用的某些特定的较高电压需求,升压DC-DC稳压器将低输入电压转换为高输出电压,典型电路组成包括:电感器、功率MOSFET、整流二极管、控制IC、输入和输
    发表于 06-04 06:51

    DC-DC升压和降压电路电感的参数选择详解

    DC-DC升压和降压电路电感的参数选择详解注:只有充分理解电感
    发表于 05-17 18:25

    深入剖析电感电流DC/DC电路电感选择

    深入剖析电感电流DC/DC 电路电感选择只有充分
    发表于 10-28 08:29

    DC/DC电路电感怎么选择

    深入剖析电感电流――DC/DC 电路电感选择原文
    发表于 11-17 06:37

    推荐一个DC-DC电路设计工具

      如下是一个DC-DC的参考电路图,可以看到器件很多,其中很多参数需要调试,比如频率设置、选电感值、COMP补偿电路等等,这些参数的调试需要制作PCB板后才可以进行,无形增加了很多成
    发表于 03-17 17:54

    电感型升压DC-DC转换电路初级知识

    电感型升压DC-DC转换电路初级知识,经验总结。
    发表于 12-17 10:45 16次下载

    DC-DC升压和降压电路电感参数选择详解

    DC-DC升压和降压电路电感参数选择详解,要仔细认真的看
    发表于 12-17 10:38 54次下载

    教您设计:如何选择DC-DC的输出电容和电感

    设计指南-选择用于DC-DC转换器输出的电容,电感
    的头像 发表于 06-23 10:24 1.4w次阅读

    如何选择DC-DC转换器输出的电容与电感

    白板向导-选择用于DC-DC转换器输出的电容,电感视频教程
    的头像 发表于 06-26 03:01 8817次阅读

    大功率系统的DC-DC转换器电感选择指南

    所需的值。 DC-DC 转换器的一个关键组件是输出级上的电感器, DC-DC 转换器电感器的选择
    的头像 发表于 11-04 19:45 3651次阅读

    电感电流 ――DC/DC 电路电感选择

    深入剖析电感电流――DC/DC 电路电感选择原文
    发表于 11-09 18:21 20次下载
    <b class='flag-5'>电感</b>电流 ――<b class='flag-5'>DC</b>/<b class='flag-5'>DC</b> <b class='flag-5'>电路</b><b class='flag-5'>中</b><b class='flag-5'>电感</b>的<b class='flag-5'>选择</b>

    关于DC-DC电路电感特性选择

    对于一名硬件工程师来说,电感是常用的元器件,本文将重点分析电感DC-DC设计的运用。只有充分理解电感
    的头像 发表于 04-07 09:07 885次阅读
    <b class='flag-5'>关于</b><b class='flag-5'>DC-DC</b><b class='flag-5'>电路</b><b class='flag-5'>中</b><b class='flag-5'>电感</b>的<b class='flag-5'>特性</b>与<b class='flag-5'>选择</b>