選型必需:直流開關轉換器設計中如何選取電感器?
發布時間:2015-01-10 責任編輯:sherryyu
【導讀】工程師都明白在進行降壓型直流開關轉換器設計時,要考慮很多因素,比如成本、尺(chi)寸(cun),還(hai)有(you)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)就(jiu)是(shi)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)。在(zai)選(xuan)擇(ze)電(dian)感(gan)器(qi)時(shi)很(hen)多(duo)時(shi)候(hou)書(shu)本(ben)規(gui)定(ding)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong),得(de)從(cong)實(shi)踐(jian)出(chu)發(fa),本(ben)文(wen)就(jiu)將(jiang)為(wei)大(da)家(jia)分(fen)享(xiang)從(cong)實(shi)踐(jian)出(chu)發(fa)如(ru)何(he)正(zheng)確(que)的(de)選(xuan)取(qu)直(zhi)流(liu)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)器(qi)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)?
在進行降壓型直流開關轉換器設計時,很多因素決定了電感的選取,比如成本、chicundengyinsudouzaikaolvzhilie。bushaokaiguanzhuanhuanqideshujushoucezhongdougeichuleguidinghaodedianzuzhi。danshizhexieshujudoushiweileshixianmougexingnenghuozheyingyongergeichude,bingbunengshiyongzaibutongdezhuangkuangzhong,benpianwenzhangjiangcongchicunhe磁芯的角度出發,來對DC-DC轉換器中的電感器選擇給出建議。
尺寸考慮

表1-評估電感
表1中兩個係列的電感提供不同的磁芯尺寸。它們的外形相似,但是FDV0630係列電感在電路板上要高1mm。較高的高度使得使用較短的銅線成為可能-使用更大的直徑或較少的匝數,或二者兼具。
0.2mH以(yi)及(ji)更(geng)低(di)的(de)電(dian)感(gan)表(biao)現(xian)出(chu)很(hen)低(di)的(de)效(xiao)率(lv),因(yin)此(ci)不(bu)考(kao)慮(lv)更(geng)小(xiao)的(de)電(dian)感(gan)。較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)還(hai)帶(dai)來(lai)較(jiao)大(da)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu),它(ta)必(bi)須(xu)保(bao)持(chi)低(di)於(yu)最(zui)低(di)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)以(yi)防(fang)止(zhi)失(shi)穩(wen)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),大(da)於(yu)1μH的電感也不合適。請注意較大的FDV0630係列電感具有相同的電感值和引腳,但是提供更低的電阻和更高的額定電流。關於電感磁芯的尺寸、材料和磁導率的詳細比較本文將不贅述。
磁芯的考慮
Toko公司的FDV係列電感采用鐵粉芯,它們提供更好的溫度穩定性並且相對於其他可選磁芯成本更低。其他選擇是鉬坡莫合金粉末(MPP)、氣隙鐵氧體以及鐵矽鋁磁合金(Kool Mm)或高磁通磁環。鑒於混合鎳、鐵和鉬粉末的成本,MPP通常是最昂貴的選擇,鐵矽鋁磁合金是一種次昂貴的複合粉末磁芯。在多數電源中常見的罐形、E和EI形(xing)磁(ci)芯(xin)為(wei)氣(qi)隙(xi)鐵(tie)氧(yang)體(ti)。這(zhe)些(xie)外(wai)形(xing)可(ke)以(yi)在(zai)必(bi)要(yao)時(shi)提(ti)供(gong)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)變(bian)性(xing),但(dan)是(shi)成(cheng)本(ben)更(geng)高(gao)。高(gao)磁(ci)通(tong)磁(ci)環(huan)通(tong)常(chang)用(yong)於(yu)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)而(er)不(bu)是(shi)電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)電(dian)路(lu)。
性能評估和效率比較

圖1 降壓型開關穩壓器評估電路
圖1電路中各種電感的效率比較顯示,在輸出電流低於2A時1μH電感具有最好的效率,在低於3A時0.2μH的效率最低。在電感量相同時,尺寸較大(FDV0630)直流電阻較低的電感,在整個輸出電流範圍內可提供0.5%至1%的效率提升。
對於FDV0620係列的0.47mH和1mH電感,可以注意到在2A附近其效率曲線有一個交叉:2A以下1μH電感具有較高的效率,2A以上0.47μH的效率更高。1μH電感所具有的較大串聯電阻導致了這種效率的差異。
另一種性能折衷可以從電感電流、電感電壓和輸出電壓紋波的典型波形中看出。使用電感量較小的FDV0620-0.47mH產生較高的峰值電流。輸出電壓紋波低於18mV峰峰值,而FDV630-1.0mH電感產生的紋波峰峰值剛超過12mV。峰值電流對輸出電容充電並且提供負載電流。在電容的ESR上會流入和流出較大的電流,這將產生較高的輸出電壓紋波。如果必要,可以通過使用較大的輸出電容來降低該紋波。
其實電感器的選擇還受很多因素影響,不僅限於尺寸和磁芯,本篇文章僅對這兩種因素進行介紹。
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