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干貨:深入分析電感電流

在開關(guān)電源的設(shè)計中,電感的設(shè)計給工程師帶來了許多挑戰(zhàn)。

工程師不僅必須選擇電感值,還必須考慮電感器可以承受的電流,繞組電阻,機(jī)械尺寸等。

本文重點(diǎn)介紹:直流電流對電感器的影響。

這還將為選擇正確的電感器提供必要的信息。

了解電感的功能電感通常被理解為開關(guān)電源輸出處LC濾波器電路中的L(C是輸出電容器)。

盡管這種理解是正確的,但是為了理解電感器的設(shè)計,有必要對電感器的性能有更深入的了解。

在降壓轉(zhuǎn)換(Fairchild典型的開關(guān)控制器)中,電感器的一端連接到直流輸出電壓。

另一端通過開關(guān)頻率切換連接到輸入電壓或GND。

在狀態(tài)1期間,電感器通過(高側(cè)“高側(cè)”)MOSFET連接到輸入電壓。

在狀態(tài)2期間,電感器連接到GND。

由于使用了這種類型的控制器,可以以兩種方式實(shí)現(xiàn)電感接地:通過二極管接地或通過(低側(cè)“)MOSFET接地。

如果是后一種方法,則將該轉(zhuǎn)換器稱為“同步”轉(zhuǎn)換器。

方法。

現(xiàn)在考慮流過電感器的電流在這兩種狀態(tài)下如何變化。

在狀態(tài)1期間,電感器的一端連接到輸入電壓,另一端連接到輸出電壓。

對于降壓轉(zhuǎn)換器,輸入電壓必須高于輸出電壓,因此在電感器上會形成正向壓降。

相反,在狀態(tài)2的過程中,最初連接到輸入電壓的電感器的一端接地。

對于降壓轉(zhuǎn)換器,輸出電壓必須為正,因此電感兩端將形成負(fù)壓降。

我們使用公式來計算電感器上的電壓:V = L(dI / dt)因此,當(dāng)電感器上的電壓為正(狀態(tài)1)時,電感器上的電流將增加;而電感器上的電流將增加。

當(dāng)電感上的電壓為負(fù)(狀態(tài)2)時,電感上的電流將減小。

流過電感的電流:我們可以看到流過電感的最大電流是DC電流加上開關(guān)峰峰值電流的一半,也稱為紋波電流。

根據(jù)上面的公式,我們可以計算出峰值電流:其中,ton是狀態(tài)1的時間,T是開關(guān)周期(開關(guān)頻率的倒數(shù)),DC是狀態(tài)1的占空比。

警告:以上計算基于以下假設(shè):每個組件上的電壓降(MOSFET上的導(dǎo)通電壓降,異步電路中電感器的導(dǎo)通電壓降或肖特基二極管的正向電壓降)與輸入相當(dāng)和輸出電壓被忽略。

如果設(shè)備的跌落不可忽略,則必須使用公式進(jìn)行精確計算。

其中,Rs是感應(yīng)電阻的電阻加上電感繞組電阻的電阻。

Vf是肖特基二極管的正向壓降。

R是Rs加MOSFET的導(dǎo)通電阻,R = Rs + Rm。

隨著電感器芯的飽和,我們可以通過計算出的峰值電感器電流找出在電感器上產(chǎn)生的信號。

容易知道,隨著流經(jīng)電感器的電流的增加,電感值會減小。

這是由于磁芯材料的物理特性。

減小多少電感很重要:如果減小很多電感,轉(zhuǎn)換器將無法正常工作。

當(dāng)通過電感器的電流太大以至于電感器有效時,此時的電流稱為“飽和電流”。

這也是電感的基本參數(shù)。

實(shí)際上,轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)功率電感器將始終具有“軟”開關(guān)。

飽和。

為了理解這個概念,您可以觀察到實(shí)際測得的電感與直流電流的關(guān)系曲線:當(dāng)電流增加到一定水平時,電感不會急劇下降,這被稱為“軟”電感。

飽和特性。

如果電流再次增加,電感將被損壞。

注意:在許多類型的電感中都存在電感降。

例如:環(huán)形線圈,有間隙的E型鐵心等。

但是,棒狀鐵心的電感不會有此變化。

通過這種軟飽和特性,我們可以知道為什么在所有轉(zhuǎn)換器中都規(guī)定了直流輸出電流下的最小電感。

紋波電流的變化不會嚴(yán)重影響電感。

在所有應(yīng)用中,希望紋波電流盡可能小,因?yàn)樗鼘⒂绊戄敵鲭妷旱募y波。

這就是為什么每個人都一直在乎的原因

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