為你的DC-DC轉換器選擇最合適的電感(二)
發布時間:2019-07-10 責任編輯:lina
【導讀】在上一篇文章“為你的DC-DC轉換器選擇最合適的電感(一)”中,我們對DC-DC轉換器的要求以及電感參數中的電感值、公差和電阻進行了介紹。本文中,我們將對電感的其它參數進行詳細講解。
在上一篇文章“為你的DC-DC轉換器選擇最合適的電感(一)”中,我們對DC-DC轉換器的要求以及電感參數中的電感值、公差和電阻進行了介紹。本文中,我們將對電感的其它參數進行詳細講解。
自諧頻率(SRF)
meigedianganxianquandouyouyixieliandaidefenbudianrong,yudianganzhiyiqixingchengyigeyouzixiepinlvdebinglianxiezhenhuilu。duiyudaduoshuzhuanhuanqilaishuo,dianganzuihaoshizaiyuandiyuSRF的頻率下工作。這個通常在電感數據中顯示為“典型”值。
電流額定值
在確定一個功率電感時,電流額定值或許是最難確定的額定值。在整個開關循環過程中,通過DC-DC轉zhuan換huan器qi電dian感gan的de電dian流liu總zong是shi在zai變bian化hua,並bing且qie可ke能neng是shi循xun環huan到dao循xun環huan的de變bian化hua,這zhe取qu決jue於yu轉zhuan換huan器qi的de運yun作zuo,包bao括kuo由you於yu突tu加jia負fu載zai或huo線xian路lu變bian化hua而er產chan生sheng的de瞬shun變bian電dian流liu或huo尖jian峰feng電dian流liu。這zhe就jiu產chan生sheng一yi個ge不bu斷duan變bian化hua的de電dian流liu值zhi,有you時shi具ju有you非fei常chang高gao的de峰feng均jun比bi。正zheng是shi峰feng均jun比bi使shi額e定ding值zhi的de確que定ding變bian得de困kun難nan。
如果用最大瞬時峰值電流作為“電流額定值”來選擇電感是不必要的;但(dan)如(ru)果(guo)用(yong)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)作(zuo)為(wei)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)來(lai)選(xuan)擇(ze)電(dian)感(gan),當(dang)通(tong)過(guo)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)時(shi),電(dian)感(gan)可(ke)能(neng)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。解(jie)決(jue)此(ci)問(wen)題(ti)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)尋(xun)找(zhao)有(you)兩(liang)種(zhong)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)的(de)電(dian)感(gan),一(yi)個(ge)用(yong)來(lai)應(ying)付(fu)因(yin)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)導(dao)致(zhi)的(de)鐵(tie)芯(xin)飽(bao)和(he),一(yi)個(ge)用(yong)來(lai)解(jie)決(jue)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)的(de)發(fa)熱(re)問(wen)題(ti)。
飽和電流
電流通過電感的一個影響是鐵芯飽和。DC-DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)一(yi)般(ban)都(dou)有(you)一(yi)個(ge)直(zhi)流(liu)成(cheng)分(fen)。此(ci)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)電(dian)感(gan)時(shi)偏(pian)置(zhi)鐵(tie)芯(xin)從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)其(qi)磁(ci)通(tong)量(liang)飽(bao)和(he)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)知(zhi)道(dao),當(dang)發(fa)生(sheng)飽(bao)和(he)時(shi),電(dian)感(gan)值(zhi)下(xia)降(jiang),元(yuan)件(jian)功(gong)能(neng)也(ye)不(bu)再(zai)表(biao)現(xian)為(wei)電(dian)感(gan)。圖(tu)1是一個帶氣隙的鐵氧體磁芯的電感值與電流的曲線圖。可以看到,當電感進入飽和區域時,這條曲線有一個“拐點”。因此,對飽和電流的定義就顯得有些隨意,但必須對其進行定義。在圖2的例子中,飽和電流被定義為電感值下降10%時的電流。在10-20%的範圍內進行定義是很普遍的,但應注意的是,有些電感目錄可能會定義為電感值下降50%時的電流。這會增大電流額定值,但就電流的可用範圍而言,這可能會引起誤導。

圖1:線藝DO3316P-103的電感與直流偏流

圖2:鐵芯飽和及不飽和時的電感電流波形
通常能夠直接從轉換器電流波形中看出電感鐵芯飽和,di/dt與電感值是成反比的。當電感值因鐵芯飽和而下降時,電流斜率迅速增大。這就會產生噪聲並損壞其它元件。
如(ru)果(guo)電(dian)感(gan)在(zai)僅(jin)僅(jin)比(bi)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)稍(shao)大(da)一(yi)些(xie)的(de)電(dian)流(liu)下(xia)工(gong)作(zuo),問(wen)題(ti)可(ke)能(neng)不(bu)是(shi)很(hen)大(da)。在(zai)很(hen)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia),電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)斜(xie)率(lv)些(xie)微(wei)增(zeng)大(da)是(shi)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)。在(zai)接(jie)近(jin)飽(bao)和(he)額(e)定(ding)值(zhi)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)下(xia)工(gong)作(zuo)是(shi)比(bi)較(jiao)可(ke)取(qu)的(de),因(yin)為(wei)這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)夠(gou)選(xuan)用(yong)最(zui)小(xiao)的(de)電(dian)感(gan)。增(zeng)大(da)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)通(tong)常(chang)意(yi)味(wei)著(zhe)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)較(jiao)大(da)的(de)元(yuan)件(jian)或(huo)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)相(xiang)同(tong)尺(chi)寸(cun)但(dan)電(dian)感(gan)值(zhi)較(jiao)小(xiao)的(de)元(yuan)件(jian)。
均方根電流
電(dian)流(liu)的(de)另(ling)外(wai)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)影(ying)響(xiang)是(shi)元(yuan)件(jian)自(zi)身(shen)發(fa)熱(re)。均(jun)方(fang)根(gen)電(dian)流(liu)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)多(duo)大(da)的(de)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)能(neng)夠(gou)連(lian)續(xu)地(di)通(tong)過(guo)電(dian)感(gan)同(tong)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)溫(wen)升(sheng)小(xiao)於(yu)規(gui)定(ding)值(zhi)。數(shu)據(ju)表(biao)提(ti)供(gong)的(de)總(zong)是(shi)直(zhi)流(liu)或(huo)低(di)頻(pin)交(jiao)流(liu)應(ying)用(yong)的(de)額(e)定(ding)值(zhi),這(zhe)並(bing)不(bu)包(bao)括(kuo)之(zhi)前(qian)提(ti)到(dao)的(de)因(yin)集(ji)膚(fu)效(xiao)應(ying)引(yin)起(qi)的(de)發(fa)熱(re)或(huo)其(qi)它(ta)高(gao)頻(pin)效(xiao)應(ying)。如(ru)示(shi)例(li),電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)針(zhen)對(dui)的(de)是(shi)單(dan)一(yi)溫(wen)升(sheng)點(dian),如(ru)果(guo)有(you)些(xie)供(gong)應(ying)商(shang)能(neng)提(ti)供(gong)溫(wen)升(sheng)與(yu)電(dian)流(liu)關(guan)係(xi)的(de)圖(tu)表(biao),則(ze)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)它(ta)計(ji)算(suan)任(ren)何(he)電(dian)流(liu)的(de)溫(wen)升(sheng)表(biao)現(xian)。
Irms額(e)定(ding)值(zhi)應(ying)包(bao)括(kuo)測(ce)量(liang)的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)。電(dian)感(gan)規(gui)格(ge)一(yi)般(ban)包(bao)括(kuo)一(yi)個(ge)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)。電(dian)感(gan)預(yu)計(ji)在(zai)此(ci)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)使(shi)用(yong)。因(yin)自(zi)身(shen)發(fa)熱(re)產(chan)生(sheng)的(de)溫(wen)升(sheng)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)感(gan)溫(wen)度(du)高(gao)於(yu)額(e)定(ding)範(fan)圍(wei)。倘(tang)若(ruo)沒(mei)有(you)超(chao)過(guo)絕(jue)緣(yuan)額(e)定(ding)值(zhi),這(zhe)通(tong)常(chang)是(shi)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)。目(mu)前(qian)大(da)多(duo)數(shu)電(dian)感(gan)使(shi)用(yong)至(zhi)少(shao)130℃或150℃的絕緣材料。
duiyuqitacanshulaishuo,lejiediangandewenshengshihenzhongyaode,zaishejixuanzeshi,jiukeyijiangtayuqitacanshujinxingbijiaopinggu。ruguoxiangyaojiaodidewensheng,jiuhenkenengxuyaoxuanzejiaodadeyuanjian。
結語
DC-DC轉換器的電感可以用少數幾個參數來說明。然而,基於一組工作條件,每個參數可以視為一個“快照”,需要對其進行放大以說明應用條件下的預期性能。表1概括了應該出現在功率電感數據表上的參數。
表1:重要電感參數概括

參考
1、Switchers Made Simple,an Expert System for theAutomated Design of DC to DC Converters usingSimple Switcher Power Converters Version 4.1,National Semiconductor.
2、Magnetics for RF,power,filter and dataapplications,p32,Coilcraft Inc, Cary,IL,USA,June2013.
3、Reference Data for Radio Engineers 6th Edition,Howard W. Sams & Co., Inc, Indianapolis, Indiana,USA,1975.
4、McLyman,Colonel William T.,Designing MagneticComponents for High Frequency dc-dc Converters,Kg Magnetics,Inc.San Marino,CA,USA,1993.
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