怎樣為DC-DC轉(zhuǎn)換器選擇電感

DC-DC轉(zhuǎn)換器的使用越來越普遍了。由于電子系統(tǒng)越來越小型化、移動化、復(fù)雜化并且越來越受歡迎，功率要求也就變得多樣化了?？捎玫碾姵仉妷?、要求的工作電壓、尺寸和形狀要求不斷地在改變，這就使設(shè)備設(shè)計人員需要不停地尋找新的辦法來解決功率轉(zhuǎn)換問題。產(chǎn)品所提出的要求往往需要通過改進(jìn)性能和縮小尺寸來滿足，因此優(yōu)化就變得非常重要。對于功率轉(zhuǎn)換，并非所有應(yīng)用都能采用“一體適用”。例如，許多實(shí)際應(yīng)用中都需要采用像圖1這樣的薄型元件。

圖1：設(shè)計輕薄的轉(zhuǎn)換器需要使用薄形電感

除了轉(zhuǎn)換器批量采購的市場正在增長外，許多電路設(shè)計人員現(xiàn)在還會自行設(shè)計DC-DC轉(zhuǎn)換電路，而非依賴電源專業(yè)公司，因而更多的電路設(shè)計人員可以自己選擇元件?；镜腄C-DC轉(zhuǎn)換電路是非常成熟的技術(shù)，依然在緩慢地發(fā)展，因此專業(yè)作者可以編寫出實(shí)用的輔助設(shè)計資料，設(shè)備設(shè)計人員則可以借助這些材料設(shè)計出自己的轉(zhuǎn)換器。一些易于獲取的軟件也可以簡化這些設(shè)計的過程1。

在確定電路拓?fù)浜螅O(shè)計的關(guān)鍵任務(wù)之一是選擇元件。很多電路設(shè)計程序可以列出所要求的元件參數(shù)值，此時設(shè)計人員要從確定所需的電感值開始，最終從可用范圍中選擇一種元件來執(zhí)行工作。用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的電感有各種各樣的形狀和尺寸，圖2和圖3所示為其中的兩種。為了對比不同的類型并選擇對具體應(yīng)用而言合適的元件，設(shè)計人員必須正確地理解為這些電感公布的規(guī)格。

圖2：用扁平線繞制的E形鐵芯電感

圖3：采用堅固結(jié)構(gòu)的磁屏蔽型模壓電感，用于高密度電路

DC-DC轉(zhuǎn)換器要求

簡而言之，DC-DC轉(zhuǎn)換器的功能就是在給定的輸入電壓下提供穩(wěn)定的直流輸出電壓。要在不超出給定的負(fù)載電流范圍和/或輸入電壓范圍的前提下調(diào)節(jié)直流輸出電壓，通常都需要使用轉(zhuǎn)換器。理想情況下，直流輸出是“純凈”的，即紋波電流或紋波電壓控制在規(guī)定水平之內(nèi)。此外，將功率從電源傳輸?shù)截?fù)載的過程也必須實(shí)現(xiàn)規(guī)定的效率級別。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，功率電感的選擇是一個重要的步驟。

功率電感參數(shù)

電感性能可以用幾個數(shù)字來說明。表1一份典型的電感數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)描述了一個用于DC-DC轉(zhuǎn)換器中的表面貼裝功率電感。

表1：典型電感目錄的摘錄2

a、電感值在1MHz、0.1Vrms下測得

b、Isat為電感值下降30%時的典型值

c、Irms為引起40℃溫升時的典型值

d、所有參數(shù)均在25℃下測得

定義

L—電感值：電感的主要功能參數(shù)，通過轉(zhuǎn)換器設(shè)計公式計算得出，用以確定電感處理輸出功率和控制紋波電流的能力。

DCR—直流電阻：元件的電阻，取決于所使用的繞線銅線的長度和直徑。

SRF—自諧頻率：電感線圈的電感值與其分布電容產(chǎn)生共振的頻率點(diǎn)。

Isat—飽和電流：通過電感時導(dǎo)致鐵芯飽和，致使電感值下降的電流。

Irms—均方根電流：連續(xù)地通過電感，引起允許的最大溫升的電流。

要正確地使用額定值就必須理解它們是如何得來的。由于數(shù)據(jù)表不可能顯示所有工作條件下的性能，因而就有必要了解額定值在不同的工作條件下是如何變化的。

電感值(L)

電感值是實(shí)現(xiàn)所需電路功能的主要參數(shù)，也是大多數(shù)設(shè)計過程中第一個要計算的參數(shù)。該值是以提供一定的最小能量存儲量(或伏特-微秒容量)并減少輸出電流紋波為標(biāo)準(zhǔn)來計算的。如果使用的電感值小于計算結(jié)果，會增加直流輸出的交流紋波。使用太大或太小的電感值都可能迫使轉(zhuǎn)換器在連續(xù)與非連續(xù)運(yùn)行模式之間變化。