开关电源电感的选择方法

时间:2023-03-20作者:佚名

  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=Vo/Vi=5/13.2=0.379 (3)

  其中,Vo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-Vo=8.2V (4)

  当开关管关断时,电感器上的电压为:

  V=-Vo-Vd=-5.3V (5)

  dt=D/F (6)

  把公式2/3/6代入公式2得出:

开关电源电感的选择方法

  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/Vo=1-5.5/12=0.542 (7)

  当开关管导通时,电感器上的电压为:

  V=Vi=5.5V (8)

  当开关管关断时,电感器上的电压为:

  V=Vo Vd-Vi=6.8V (9)

  把公式6/7/8代入公式2得出

开关电源电感的选择方法

  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。

相关阅读

维修电工必须掌握的四大法宝,你值得拥有

作为一名维修电工,掌握实用的技能非常重要,不仅可以为自己和他人解决各种电气问题,还可以在全国各地找到工作机会。那么,维修电工需要掌握哪些法宝呢? 第一大法宝:专业基...
2023-04-04
维修电工必须掌握的四大法宝,你值得拥有

如何排查电路中是否是贴片电容贴块引起的故障

电路中有千千万万个小的电子元器件,因此,当我们电路设计不当,或者是电压不稳,时很容易引起电路故障,在这些电路故障中,以贴片电容因其体积小,承受电压低的特点,一旦出...
2023-03-31
如何排查电路中是否是贴片电容贴块引起的故障

作为一名维修电工,如何才能获取自己想要的回报

作为一名电工小白十几年,深深地意识到,做维修不要太直接,必须做到圆滑一点就圆滑一点,否则在这个行业是混不下去了,人太老实了的话容易让别人牵着你的鼻子走,人家说什么...
2023-04-04
作为一名维修电工,如何才能获取自己想要的回报

电力系统正常及异常运行有哪几种状态?

电力系统正常及异常运行有五种状态:正常运行状态、警戒状态、紧急状态、系统崩溃、恢复状态。 (1)正常运行状态。在正常运行状态下,电力系统中总的有功和无功出力能与负荷...
2023-06-13
电力系统正常及异常运行有哪几种状态?

MOS开关管的选择及原理应用

一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压,而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统...
2023-06-09
MOS开关管的选择及原理应用

热销商品

国标TRVV高柔性拖链电缆2—48芯0.3 0.5 1 1.5 2.5平方耐弯折软线

国标TRVV高柔性拖链电缆,专为满足严苛工况下的动态传输需求而设计。该电缆具有2至48芯多种配置,适用于0.3、0.5、1.5、2.5平方等多种截面积选择,灵活满足不同设备的...
¥ 1.24

定做定制各类密封条三元乙丙橡胶硅胶PVC防火阻燃EVA氯丁石墨丁晴

本公司专业定做各类定制密封条,涵盖三元乙丙橡胶(EPDM)、硅胶、PVC、EVA、氯丁橡胶、丁腈橡胶及石墨复合等多种材质,满足不同行业对密封、防水、隔音、隔热及防火阻燃...
¥ 1

直销配电箱暗插销铰链门轴CL225插销带螺丝固定铁皮柜弹簧铁铰链

CL225插销式暗铰链专为配电箱、铁皮柜等金属柜体设计,采用优质冷轧钢板经冲压成型,表面镀锌处理,防腐耐用。其内置弹簧结构,确保柜门开合顺畅、自动复位,提升使用便捷...
¥ 0.06

浇铸抛光螺纹钢扭矩扳手 镀锌双头延长杆扳手多功能工具 开口扳手

这款多功能工具集浇铸抛光螺纹钢扭矩扳手、镀锌双头延长杆扳手与开口扳手于一体,采用优质合金钢精密浇铸并经抛光处理,表面镀锌防锈,耐用性强。其双头设计适配多种规...
¥ 0.6

橡胶包边条 U型橡胶条橡胶防撞条卡槽橡胶钢板卡条玻璃嵌条密封条

橡胶包边条、U型橡胶条、橡胶防撞条、卡槽橡胶条、钢板卡条及玻璃嵌条密封条,是一类广泛应用于门窗、家具、机械设备及汽车等领域的密封与防护配件。采用优质橡胶(...
¥ 0.7

网站栏目