如何为开关电源选择合适的电感(完整版)
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开关电源电感计算总结第一篇:开关电源电感计算总结开关电源电感选择1.开关电源选择主要控制两个参数:一个是电感peak current,即电感的峰值电流不能超过电感的饱和电流。
峰值电流可通过调节电感量等来控制,可以通过电感平均电流加上(电感纹波电流/2)来衡量。
一个是inductor peak to peak ripple 即电感纹波电流,即△I,根据公式:△I=VS*D/(FS*L)**(此公式为近似公式,如手册有公式可按手册上计算)可以根据纹波电流要求计算出电感量。
一般△I按电感DC current即电感平均电流来计算,具体取的百分比手册会给出一般10%-40%。
电感的DC current计算公式:IDC =VOUT*IOUT/(VIN*η),η为转换效率电感的纹波电流越大,电感上耗散的功率就越大,增加EMI同时也会造成输出的纹波越大,又由于△I与电感成反比,从这个角度看,电感越大越好。
但是,电感越大,会造成开关电源反馈回路增益降低,降低系统的工作带宽,可能导致系统工作不稳定,而且还存在电感越大,尺寸越大的问题。
电感过小会降低输出电流,效率,产生较大的输入纹波。
因此,在选择电感式,要从功耗和电感尺寸、电感量上折中选择。
2.电感计算流程先列出已知参数VOUT ,VIN, IOUT,FS,η计算IDC,根据需要定△I计算电感量L3.其他电感的选择还存在一个参数的选择:电感的直流阻抗,这个参数影响开关电源的转换效率。
电感的直流阻抗与封装形式有关,与尺寸成反比。
第二篇:电感教案1.3常用电子元器件———电感器第___周课时___节执教者:___【教学目标】一、知识与技能1、了解电感器的种类,基本特性参数,表示方法及选用常识。
2、掌握电感器的使用方法和使用时注意的事项。
3、掌握电感器的几种常用标志方法。
二、过程与方法1、学会用学过的知识和技能解决新问题的方法。
2、利用初中学过的知识来联系新知识,掌握新知识。
开关电源电感选型计算开关电源电感是一种重要的元件,用于存储能量和滤波。
正确选择合适的电感对于开关电源的性能和稳定性至关重要。
我们需要确定电感的额定电流。
额定电流是指电感所能承受的最大电流。
一般来说,电感的额定电流应大于电路中最大负载电流的1.2倍,以保证电感的正常工作。
接下来,我们需要确定电感的工作频率范围。
开关电源工作频率一般在几十kHz到几MHz之间,不同的工作频率需要选择不同的电感。
然后,我们需要根据开关电源的输出功率来确定电感的大小。
电感的大小决定了开关电源的输出电流波形的平滑程度。
一般来说,输出功率越大,电感的大小也应越大。
开关电源电感的电感值还应满足以下要求:1. 电感的直流电阻应尽可能小,以减小功率损耗;2. 电感的铁芯材料应具有较高的饱和磁感应强度和较低的磁滞损耗;3. 电感的铁芯材料应具有较低的温升和较高的工作温度范围。
根据以上要求,我们可以计算出电感的具体数值。
计算方法如下:1. 首先,根据开关电源的输出功率和工作频率,确定电感的工作电流。
工作电流一般为输出功率除以输出电压;2. 然后,根据电感的工作电流和额定电流的比值,确定电感的安全系数。
安全系数一般为1.2到1.5之间;3. 接下来,根据电感的安全系数和工作电流,计算出电感的额定电流;4. 根据电感的额定电流和工作频率,确定电感的工作电感值。
工作电感值一般为额定电流除以工作频率。
我们还需要注意一些其他因素来选择合适的电感。
例如,开关电源的尺寸和重量限制,以及成本因素等。
开关电源电感的选型计算方法包括确定额定电流、工作频率范围,根据输出功率确定电感大小,并考虑电感的直流电阻、铁芯材料特性和安全系数等。
选择合适的电感对于确保开关电源的性能和稳定性至关重要。
究竟是磁粉芯好,还是铁粉芯好?相信是许多工程师在进行开关电源方案的设计中经常碰到的疑问。
在高功率电感的磁芯选择问题上,磁芯、粉芯、铁硅铝以及铁氧体中的选择和比较是工程师经常探讨的问题。
市场上高功率电感的磁芯选择还是挺多的,可供选择的电感材料有:铁硅铝(Kool Mµ)、铁粉芯、铁硅(硅钢叠片)、间隙铁氧体、钼坡莫(MPP)和高磁通(High Flux)等。
那么他们究竟有什么特性适合怎么样的应用呢?磁芯材料比较铁硅铝与间隙铁氧体铁硅铝和间隙铁氧体是两种常用的材质,在软饱和方面,间隙铁氧体必须在下降曲线的安全区进行设计。
铁硅铝(Kool Mµ)被设计在受控制的下降曲线范围中,这样就能够提供好的容错特性,特别是在高功率时候。
在磁通量比较方面,假设特定的50%下降设计点,铁硅铝(Kool Mµ)的磁通量是间隙铁氧体的2倍以上, 这使磁芯的尺寸可缩小35%,设计时可以把磁芯的尺寸缩小30%至35%。
软饱和曲线使铁硅铝(Kool Mµ)设计本身具有容错能力,而间隙铁氧体则没有。
铁氧体磁能力随温度变化,而铁硅铝(Kool Mµ)保持相对稳定。
很多铁氧体供应商或者厂家会给出产品在25℃到100℃不同环境下材质的差异。
由于铁硅铝的材质及结构和间隙铁氧体不同,随着温度改变,变化不会很大。
在边缘损耗方面,铁硅铝(Kool Mµ)不会发生边缘损耗,而间隙铁氧体有很大的边缘损耗。
铁芯的间隙部分随着温度的增加损耗会增加。
铁硅铝(Kool Mµ)也有间隙,但是这是均匀的分布式间隙,因为这个形式,在高功率的应用上会更好。
对于尺寸和储能,从铁硅铝(Kool Mµ)与锰锌铁氧体在LI2值比较中可以看出,当尺寸都是55mm的大小,测试铁硅铝用60µ,铁硅铝(Kool Mµ)在体积大小的情况下,储能大概是锰锌铁氧体的2倍多,如表1所示。
开关电源设计中电感的选择
深化剖析
――DC/DC 中电感的挑选
惟独充分理解电感在DC/DC电路中发挥的作用,才干更优的设计DC/DC 电路。
本文还包括对同步DC/DC及异步DC/DC概念的说明。
在的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。
工程师不仅要挑选电感值,还要考虑电感可承受的电流,绕线,机械尺寸等等。
本文专注于说明:电感上的DC电流效应。
这也会为挑选合适的电感提供须要的信息。
理解电感的功能
电感经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)。
虽然这样理解是正确的,但是为了理解电感的设计就必需更深化的了解电感的行为。
在降压转换中,电感的一端是衔接到DC输出。
另一端通过开关频率切换衔接到输入电压或GND。
在状态1过程中,电感会通过(高边“high-side”)衔接到输入电压。
在状态2过程中,电感衔接到GND。
因为用法了这类的控制器,可以采纳两种方式实现电感接地:通过接地或通过(低边“low-side”)MOSFET接地。
假如是后一种方式,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假如变幻的。
在状态1过程中,电感的一端衔接到输入电压,另一端衔接到输出电压。
对于一个降压转换器,输入电压必需比输出电压高,因此会在电感上形成正向压降。
相反,在状态2过程中,本来衔接到输入电压的电感一端被衔接到地。
对于一个降压转换器,输出电压必定为正端,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:
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如何选择开关电源电感器
开关电源一直以来都是电源业的主要产品。
但是,随着全球对高能效产品需求的不断增加,传统上采用更廉价但低能效的线性电源市场也将转向采用开关电源。
在这一过渡时期,电源业为提高开关频率而不懈努力,以满足客户对功率更大、占用空间更小的电源的要求。
这种发展趋势为开关电源开启了新的市场,并使部分设计工程师面临市场对开关电源设计的需求。
本文将阐明为非隔离式开关电源(SMPS)选用电感器的基本要点。
所举实例适合超薄型表面贴装设计的应用,像电压调节模块(VRM)和负载点(POL)型电源,但不包括基于更大底板的系统。
图1 典型的降压拓扑结构电源
图1 所示为一个降压拓扑结构电源的架构,该构架广泛应用于输出电压小于输入电压的系统。
在典型的降压拓扑结构电路中,当开关(Q1)闭合时,电流开始通过这个开关流向输出端,并以某一速率稳步增大,增加速率取决于电路电感。
根据楞次定律,di=E*dt/L,流过电感器的电流所发生的变化量等于电压乘以时间变化量,再除以这个电感值。
由于流过负载电阻RL 的电流稳定增加,输出电压成正比增大。
在达到预定的电压或电流限值时,控制集成电路将开关断开,从而使电感周围的磁场衰减,并使偏置二极管D1 正向导通,从而继续向输出电路供给电流,直至开关再度接通。
这一循环反复进行,而开关的次数由控制集成电路来确定,并将输出电压调控在要求的电压值上。
图2 所示为在若干个开关循环周期内,流过电感器和其它降压拓扑电路元件上的电压和电流波形。
如何选择适合的电感电感是一种常见的电子元件,广泛应用于各种电路中。
选择适合的电感对于电路的正常运行至关重要。
本文将介绍如何选择适合的电感,并给出一些建议。
一、了解电感的基本概念和特性电感是指电流变化时所产生的自感电动势,通常由线圈或线圈组成。
电感的单位是亨利(H),常用的子单位有微亨(μH)和纳亨(nH)。
电感的特性包括电感值、品质因数、最大电流等。
二、确定电感的使用环境和要求在选择适合的电感之前,需要了解电路的使用环境和对电感的要求。
比如工作频率范围、电流大小、容忍功率损耗等。
只有明确这些要求,才能更好地选择适合的电感。
三、选择合适的电感类型1. 通用型电感:通用型电感适用于大部分一般性电路,具有较好的频率响应和磁饱和特性。
在选择时,需要根据要求确定合适的电感值和容忍功率损耗。
2. 高频电感:高频电感适用于工作频率较高的电路,具有较低的内阻和较小的耦合电容。
在选择时,需要考虑电感的高频响应和磁芯材料的磁导率。
3. 低频电感:低频电感适用于工作频率较低的电路,通常具有较高的电感值和较高的耦合电容。
在选择时,需要考虑电感的低频特性和磁芯材料的饱和电流。
四、选择适当的电感参数1. 电感值:根据电路的需求确定合适的电感值,可以通过仿真软件或实验验证得到。
一般来说,电感值越大,电感所储存的能量越多,但也会增加电感本身的大小和成本。
2. 容忍功率损耗:不同的电感具有不同的功率损耗特性。
在选择时,需要根据电路的功率需求和效率要求来确定合适的容忍功率损耗。
3. 最大电流:电感的最大电流是指电感能够承受的最大电流值。
在选择时,需要根据电路的工作电流来确定合适的最大电流。
五、考虑其它因素除了上述参数外,还有一些其他因素需要考虑:1. 尺寸和重量:根据电路的空间限制和重量要求,选择适合的电感尺寸和重量。
2. 成本:根据预算确定合适的电感。
3. 可靠性:选择可靠性较高的品牌和供应商。
六、参考实例以下是一些常见应用场景下的电感选择建议:1. 高频应用:对于高频应用,建议选择高频电感,具有较低的内阻和较小的耦合电容。
如何选择合适的电感值电感是电子电路中常用的一种被动元件,它具有存储和传输能量的特性。
在电路设计和应用中,选择合适的电感值非常重要。
本文将介绍如何选择合适的电感值,并给出一些建议。
1. 了解电感的基本原理在选择电感值之前,我们需要了解电感的基本原理。
电感的主要作用是通过电流的变化产生磁场,从而储存能量;同时,它还可以阻碍电流的快速变化。
电感的单位是亨利(H),常见的电感值有微亨(μH)和毫亨(mH)。
2. 确定电路的要求在选择电感值之前,需要确定电路的要求。
不同的电路和应用对电感的要求不同。
比如,电源滤波电路需要较大的电感值来滤除高频噪音;反馈电路需要稳定的电感值来保持电流平衡。
3. 考虑电感的频率响应电感的频率响应是选择合适电感值的关键因素之一。
电感的频率响应决定了在不同频率下的电感性能。
一般来说,电感在低频时其阻抗较大,在高频时其阻抗较小。
因此,在选择电感值时,需要考虑电路工作频率范围,以确保电感能够满足要求。
4. 考虑电感的电流容量电感的电流容量是指电感能够承受的最大电流值。
在选择电感值时,需要根据电路中的最大电流来确定电感的电流容量。
如果电感的电流容量不足,将会导致电感的过热甚至损坏。
5. 参考相关设计指南和数据手册在选择电感值时,可以参考相关的设计指南和数据手册。
这些资料中通常有详细的电感参数和选择建议,可以帮助我们快速找到合适的电感值。
6. 考虑物理尺寸和成本除了电路要求外,物理尺寸和成本也是选择电感值时需要考虑的因素。
大型的电感通常具有较高的电感值,适用于高功率应用;而小型的电感适用于小型电子设备。
此外,电感的成本也会因电感值的不同而有所差异。
7. 参考类似设计和经验在选择电感值时,还可以参考类似的设计和经验。
关注电子领域的论坛、社区和专业网站,了解其他工程师的实际设计案例和经验分享。
这些经验可以帮助我们更好地选择合适的电感值。
总结:选择合适的电感值是电子电路设计中十分重要的一环。
通过了解电感的基本原理、确定电路的要求、考虑电感的频率响应和电流容量,并参考相关设计指南和数据手册,我们可以选择到合适的电感值。
如何正确选择电路中的电感器电感器是电路中常见的元件之一,它可以存储电能,并且在电路的稳定性和性能调节中起到关键作用。
正确选择电路中的电感器对电路的工作效果和可靠性有着重要影响。
本文将介绍如何正确选择电路中的电感器,包括选择适当的电感器参数、考虑电感器的损耗和温度特性、工作频率范围的选择等。
一、选择适当的电感器参数在选择电感器时,首先需要了解电感器的一些基本参数。
最常见的参数是电感值(单位为亨利)和额定电流(单位为安培)。
在实际应用中,根据不同的电路需求,需要根据电路的工作电流和所需的电感大小来选取合适的电感器。
通常来说,电感值应该略大于电路所需的电感大小,以确保电路的稳定性和性能。
其次,还需要考虑电感器的阻值。
电感器由于自身导线的电阻会引入一定的能量损耗,导致电感器的有效电感降低。
因此,在选择电感器时,需要注意电感器的阻值。
一般来说,阻值越小,电感器的效果越好。
而高阻值电感器则会引入额外的能量损耗,影响电路的性能。
此外,还需要考虑电感器的容差。
电感器的容差是指其实际电感值与标称电感值之间的差异。
对于一些对电感值有较高要求的电路,需要选择容差较小的电感器,以确保电路的精度和稳定性。
二、考虑电感器的损耗和温度特性电感器除了具有一定的电感值和阻值外,还会引入一定的损耗。
在实际应用中,这种损耗会导致电感器发热,进而影响电路的性能。
因此,在选择电感器时,需要特别关注电感器的损耗和温度特性。
一般来说,电感器的损耗主要包括两种类型:铁损和电阻损耗。
铁损是指由于电感器芯材对磁场的反应而引起的损耗,而电阻损耗则是由于电感器自身导线的电阻而引起的损耗。
在选择电感器时,需要根据具体应用场景来判断哪种损耗对电路影响更大,并选择相应的电感器。
此外,电感器的温度特性也需要考虑。
电感器的电感值和阻值随着温度的变化而变化,这可能会对电路的工作稳定性产生影响。
因此,在选择电感器时,需要综合考虑其温度特性,确保电路在不同温度下都能正常工作。
开关电源电感器的选择第四部分实际电路设计BUCK型开关电源规格需求:5VO~24VO-1V〜5Vo输出电流:2A电源控制器备选型号:MP4420A (A表示:CCM模式,H 表示:轻载降频模式)PIN2PIN 兼容:MPQ4420A-DJ (工业级),MPQ4420A-DJ-A (汽车级)厂家:MPS电源输出:3. 3V电源范围要求:5%电源纹波要求:2% 0. 066V开关频率:410kHz (320〜500kHz)占空比:12V 转 3V3: 27. 5%我们选定10uH电感之后,即确定了纹波电流:纹波电流=(12V-3. 3V) *0. 275/ (0. 00001*320000) =0. 75A我们选定的陶瓷电容的ESR:含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。
它们和ESR 之间的关系密切,可以用下面的式子表示:Urms = Irms X R 式中,Urms表示纹波电压Irms表示纹波电流R表示电容的ESRo由上可见,当纹波电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高。
换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低ESR 值的原因。
叠参加纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。
一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。
所以,对于输出电容来说,耐压的要求和容量可以适当的降低一点。
ESR的要求则高一点,因为这里要保证的是足够的电流通过量。
但这里要注意的是ESR并不是越低越好, 低ESR 电容会引起开关电路振荡。
而消振电路复杂同时会导致成本的增加。
板卡设计中,这里一般有一个参考值,此作为元件选用参数,防止消振电路而导致成本的增加。
我们把ESR设置为1欧姆:我们把ESR设置为10mQ :幅度明显减小如果我们用2个IQ, lOOuF的电容,则会发现纹波电压进一步减小。
一方面是电容在开关频率点的阻抗通过并联进一步减小,另一方面,ESR其实也是等效于并联。
开关电源输出端电感详解开关电源是一种广泛使用的电力转换技术,其输出端的电感是其中一个重要组成部分。
开关电源输出端的电感主要起到滤波、储能和稳定电流的作用,下面将对其进行更详细的介绍。
一、开关电源输出端电感的作用滤波作用:开关电源输出端的电感可以有效地滤波。
当电感靠近开关电源的输出端口时,它可以过滤掉输出信号中的高频噪声,使输出信号更加纯净。
储能作用:开关电源输出端的电感还可以起到储能的作用。
当电流通过电感时,电感会将一部分电能转化为磁能,并将其储存起来。
在需要时,电感可以将储存的磁能再次转化为电能,从而满足电路中负载的需求。
稳定电流作用:开关电源输出端的电感还可以稳定电流。
由于开关电源的输出存在波动性,而电感可以抑制这种波动,从而保持输出电流的稳定性。
二、开关电源输出端电感的工作原理开关电源输出端电感的工作原理主要基于楞次定律,即“感应电流的磁场总是会阻碍引起感应电流的磁通量的变化”。
当电流通过电感时,电感会产生一个自感电动势,这个自感电动势可以阻碍电流的变化,从而起到滤波和稳定电流的作用。
具体而言,当电流增加时,自感电动势会阻碍电流的增加,从而减缓电流的增长速度,使得电流不会突然增大。
当电流减小时,自感电动势会阻碍电流的减小,从而减缓电流的减小速度,使得电流不会突然减小。
这样,电感可以有效地平滑电流波动,从而保持输出电流的稳定性。
此外,电感还可以将电路中的交流电转化为磁能,并将其储存起来。
当负载需要能量时,电感可以将储存的磁能再次转化为电能,以满足负载的需求。
三、开关电源输出端电感的选型在选择开关电源输出端的电感时,需要根据电路的具体要求和负载的特点进行合理选择。
电感容量的选择:电感容量是选择电感的重要因素之一。
如果电容量过小,可能无法满足电路的要求,无法有效滤波和稳定电流;如果电容量过大,可能会导致电路过度反应,甚至产生反向电动势。
因此,需要根据电路的具体要求选择合适的电感容量。
工作电压的选择:根据电路的工作电压选择合适的电感。
如何选择合适的电感电感是一种常见的电子元件,广泛应用于各种电路中。
选择合适的电感对于电路的性能和稳定性至关重要。
本文将详细介绍如何选择合适的电感。
一、了解电感的基本概念在选择合适的电感之前,我们首先要了解电感的基本概念和工作原理。
电感是指电流变化时,由于自感现象而产生的电磁感应现象。
它可以将变化的电流转化为磁场储存起来,然后再将储存的能量释放出来。
二、确定电感的工作频率范围电感的工作频率范围是选择合适电感的首要考虑因素。
不同类型的电感适用于不同范围的频率。
例如,铁氧体电感适用于高频范围,而铜线电感适用于中频范围。
因此,在选择电感时,我们需要明确电路的工作频率,并选择相应的电感类型。
三、考虑电感的电流容量电流容量也是选择电感的重要因素之一。
电感的电流容量决定了其在电路中所能承受的最大电流。
如果电感的电流容量小于电路中所需的电流,电感可能会过载,导致电感损坏或电路故障。
因此,在选择电感时,我们需要根据电路中的最大电流需求来确定电感的电流容量。
四、考虑电感的尺寸和重量电感的尺寸和重量也是选择合适电感时需要考虑的因素。
不同尺寸和重量的电感适用于不同的应用场景。
对于空间受限的电路,我们需要选择小尺寸、轻量级的电感。
而对于要求较高的功率传输电路,我们可能需要选择尺寸较大、重量较重的电感。
因此,在选择电感时,我们需要根据实际应用场景来确定电感的尺寸和重量。
五、了解电感的材料和结构电感的材料和结构也会对其性能产生影响。
常见的电感材料包括铁氧体、铜线等。
不同的材料具有不同的磁导率和电阻特性,因此会影响电感的效率和损耗。
此外,电感的结构也会影响其自感特性和磁场耦合效应。
了解电感的材料和结构有助于我们选择符合需求的电感。
六、考虑电感的质量和价格电感的质量和价格也是选择电感时需要综合考虑的因素。
质量较好的电感通常具有较低的电阻和较高的自感,从而能够提供更好的性能。
然而,高质量的电感通常价格也较高。
因此,在选择电感时,我们需要根据实际需求平衡质量和价格。
如何选择合适的电源电感电源电感是电子设备中扮演重要角色的元件之一。
它的作用是存储和释放电能,稳定电流和电压的输出,以保证设备的正常运行。
在选择合适的电源电感时,我们需要考虑一系列的因素,包括电感值、耐电流能力、品质因素等。
本文将介绍如何选择合适的电源电感,并提供一些建议。
1.电感值的选择电感值是电源电感的一个重要参数,它决定了电感的存储能量大小。
在选择电感值时,我们需要根据电源的输入输出电流和电压来判断。
通常情况下,大功率应用需要较大的电感值,以存储更多的电能,从而稳定电流和电压。
而对于小功率应用,电感值可以选择较小的,以满足设备的要求。
2.耐电流能力的考虑耐电流能力是电源电感的另一个重要参数。
它决定了电感能够承受的最大电流值。
在选择电源电感时,我们需要根据电源的最大输出电流来判断耐电流能力。
通常情况下,耐电流能力应大于电源的最大输出电流,以确保电感能够正常工作并不会受损。
3.品质因素的重视品质因素是选择电源电感时需要重视的因素之一。
良好的品质可以保证电感的性能稳定,延长使用寿命。
在选择电源电感时,我们可以参考一些品质保证方面的指标,例如厂商声誉、产品认证等。
此外,了解其他用户的使用评价也可以提供有价值的参考。
4.尺寸和包装形式的选择在实际应用中,电源电感的尺寸和包装形式也需要考虑。
尺寸的选择应根据设备的空间限制来判断,以确保电感能够合理安装。
而包装形式的选择应根据设备的要求和环境条件来判断,以保证电感的可靠性。
5.温度特性的评估电源电感在工作时会产生一定的热量。
因此,温度特性的评估也是选择电源电感时需要考虑的因素之一。
在选择电感时,我们需要了解其温度特性参数,例如最高工作温度和温升等。
这些参数可以帮助我们判断电感在不同温度环境下的性能是否能满足要求。
综上所述,选择合适的电源电感需要综合考虑多个因素,包括电感值、耐电流能力、品质因素、尺寸和包装形式、以及温度特性等。
只有根据实际需求和设备要求,综合评估这些因素,才能选择到最合适的电源电感,以保证设备的正常运行。
如何为开关电源选择合适的电感完整版This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020如何为开关电源选择合适的电感中心议题:电感的特点降压型开关电源的电感选择升压型开关电源的电感选择解决方案:计算降压型开关电源的电感值计算升压型开关电源的电感值电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零。
电感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上,用来平滑电流。
电感也被称为扼流圈,特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。
换句话说,由于磁通连续特性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰。
电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题。
有的应用允许电感饱和,有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和,也有的应用不允许电感出现饱和,这要求在具体线路中进行区分。
大多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随着端电压与电流而变化。
但是,开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。
杂散电容在低频时影响不大,但随频率的提高而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感也许变成电容特性了。
如果将杂散电容“集中”为一个电容,则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。
当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时,不妨考虑下面几个特点:1.当电感L中有电流I流过时,电感储存的能量为:E=0.5×L×I2(1)2.在一个开关周期中,电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为:V=(L×di)/dt(2)由此可看出,纹波电流的大小跟电感值有关。
3.就像电容有充、放电电流一样,电感器也有充、放电电压过程。
电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比,电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。
开关电源设计中的贴片电感如何选型在我们平常工作中,实际上开关电源属有贴片电感稳压功用的AC/DC或DC/DC变换器,即便所谓DC/DC变换,其两头环节依然要经过脉冲形态作为转换媒介。
实践进程是:DC先逆变成脉冲形态的AC,再由脉冲整流、滤波成为直流电压。
在此进程中,整流、滤波元器件要求也与工频整流电路大有区别。
工频正弦波交流电源最大值、均匀值和无效值都按正弦函数有固定的比例关系,可以对元器件的额外参数停止非常精确的计算。
但是,脉冲波、电压、电流数值的关系不是原封不动的,而是随脉冲波形和负载性质而有很大的变化。
即便采用积分法计算脉冲波形的均匀值,要求脉冲波形有一定的规律,而波形幅度与工夫关系的不波动性使这种计算往往难以精确。
尤其是脉冲波形的定量测量,也非普通复杂仪表所能精确测量的,除了脉冲示波器以外,还没有更复杂的方式,例如:开关电源开关管的反向电压值。
至于某些状况下要求测出脉冲波的无效值就更困难了。
例如:大功率电感用行逆程脉冲向CRT灯丝供电,要求6.3V的无效值,其精确测量,除用热电偶传感器组成的磁电式仪表或高频率电动式仪表以外,似乎还没有其他的方式。
也就是说,任务在脉冲电路中的一体成型电感欲经过实测电压、电流参数选择其功能是不能够的。
至于实际计算,也只能到达近似估量的水平,详细参数选择是在计算后果的根底上宽打窄用。
最分明的例子是:单端开关电路,从实际上计算,其开关管反压应为输出电压最大值的两倍。
而实践使用中,加在开关管集电极的脉冲波形受储能电感的集总参数、散布参数和电源负载性质的影响,开关管接受反压值将超出实际计算值范围。
由于高频电感线圈的感应电势不只与电流变化成反比的函数,而且与发生电流变化的工夫成正比。
另外,电感线圈的工艺上简直难以人为控制的散布参数,也使感应电势大幅度超出计算值。
因而,在脉冲形态下,不管无源元件还是有源器件,其功能选择不同于普通模仿电路。
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选取开关电源电感的基本要点
开关电源电感器是开关电源设备的重要元器件,它是利用电磁感应的原理进行工作的。
它的作用是阻交流通直流,阻高频通低频(滤波),也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力,很难通过,而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小,即低频信号可以较容易的通过它。
电感线圈对直流电的电阻几乎为零。
在达到预定的电压或电流限值时,开关电源控制集成电路将开关断开,从而使电感周围的磁场衰减,并使偏置二极管D1 正向导通,从而继续向输出电路供给电流,直至开关再度接通。
这一循环反复进行,而开关的次数由控制集成电路来确定,并将输出电压调控在要求的电压值上。
》输入电压范围》输出电压及其规定范围
》工作频率(开关频率)
》电感器纹波电流
》运行模式:连续运行模式还是非连续运行模式
下列公式用于计算降压变换器所需的电感值。
L1=Vo(1-Vo/(Vin-Von))/(f*dI)
连续运行模式下:dI 1/2I
为了算出适用于开关电源整个运行条件的最小电感值,对参数值的选择必须能够保证在各项参数处于最不利组合的条件下,所选择的这一电感值仍能将纹波电流保持在特定的数值范围内。
而针对降压型开关电源,其最不利组合条件为:输入电压和频率均处于各自的最低数值时。
此外,还要将输出电压也取为其最小规定值,以确定能够保持正常调节功能所需的最低电感值。
设计者可以按照自己所习惯的方式,对这些数值进行控制,以达到最差条件成立的状。
如何为开关电源选择合适的电感
中心议题:
电感的特点
降压型开关电源的电感选择
升压型开关电源的电感选择
解决方案:
计算降压型开关电源的电感值
计算升压型开关电源的电感值
电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零。
电感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上,用来平滑电流。
电感也被称为扼流圈,特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。
换句话说,由于磁通连续特性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰。
电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题。
有的应用允许电感饱和,有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和,也有的应用不允许电感出现饱和,这要求在具体线路中进行区分。
大多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随着端电压与电流而变化。
但是,开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。
杂散电容在低频时影响不大,但随频率的提高而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感也许变成电容特性了。
如果将杂散电容“集中”为一个电容,则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。
当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时,不妨考虑下面几个特点:
1. 当电感L中有电流I流过时,电感储存的能量为:E=0.5×L×I2 (1)
2. 在一个开关周期中,电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为:V=(L×di)/dt (2)
由此可看出,纹波电流的大小跟电感值有关。
3. 就像电容有充、放电电流一样,电感器也有充、放电电压过程。
电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比,电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。
只要电感电压变化,电流变化率di/dt也将变化;正向电压使电流线性上升,反向电压使电流线性下降。
计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要。
从图1可以看出,流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成,因为交流分量具有较高的频率,所以它会通过输出电容流入地,产生相应的输出纹波电压dv=di×RESR。
这个纹波电压应尽可能低,以免影响电源系统的正常操作,一般要求峰峰值为10mV~500mV。
纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸,纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%,因此对降压型电源来说,流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。
降压型开关电源的电感选择
为降压型开关电源选择电感器时,需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流、占空比。
下面以图2为例说明降压型开关电源电感值的计
算,首先假设开关频率为300kHz、输入电压范围12V±10%、输出电流为1A、最大纹波电流300mA。
最大输入电压值为13.2V,对应的占空比为:D=V o/Vi=5/13.2=0.379 (3)
其中,V o为输出电压、Vi为输出电压。
当开关管导通时,电感器上的电压为:V =Vi-V o=8.2V (4)
当开关管关断时,电感器上的电压为:
V=-V o-Vd=-5.3V (5)
dt=D/F (6)
把公式2/3/6代入公式2得出:
升压型开关电源的电感选择
对于升压型开关电源的电感值计算,除了占空比与电感电压的关系式有所改变外,其它过程跟降压型开关电源的计算方式一样。
以图3为例进行计算,假设开关频率为300kHz、输入电压范围5V±10%、输出电流为500mA、效率为80%,则最大纹波电流为450mA,对应的占空比为:D=1-Vi/V o=1-5.5/12=0.542 (7) D=1-23.76/36=34%
当开关管导通时,电感器上的电压为:V=Vi=5.5V (8)23.76
当开关管关断时,电感器上的电压为:V=V o+Vd-Vi=6.8V (9) 12.54
把公式6/7/8代入公式2得出:
359uH(最大纹波电流为0.542的情况下)161.568uH(最大纹波电流为1A的情况下)
请注意,升压电源与降压电源不同,前者的负载电流并不是一直由电感电流提供。
当开关管导通时,电感电流经过开关管流入地,而负载电流由输出电容提供,因此输出电容必须有足够大的储能容量来提供这一期间负载所需的电流。
但在开关管关断期间,流经电感的电流除了提供给负载,还给输出电容充电。
一般而言,电感值变大,输出纹波会变小,但电源的动态响应也会相应变差,所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整以达到最理想效果。
开关频率的提高可以让电感值变小,从而让电感的物理尺寸变小,节省电路板空间,因此目前的开关电源有往高频发展的趋势,以适应电子产品的体积越来越小的要求。