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在升壓IC的設(shè)計(jì)中電感的設(shè)計(jì)為工程師帶來(lái)的許多的挑戰(zhàn)。工程師不僅要選擇電感值,還要考慮電感可承受的電流,繞線電阻,機(jī)械尺寸等等。本文專注于解釋:電感上的DC電流效應(yīng)。這也會(huì)為選擇合適的電感提供必要的信息
電感常常被理解為開(kāi)關(guān)電源輸出端中的LC濾波電路中的L(C是其中的輸出電容)。雖然這樣理解是正確的,但是為了理解電感的設(shè)計(jì)就必須更深入的了解電感的行為。
在狀態(tài)1過(guò)程中,電感會(huì)通過(guò)(高邊“high-side”)MOSFET連接到輸入電壓。在狀態(tài)2過(guò)程中,電感連接到GND。由于使用了這類的控制器,可以采用兩種方式實(shí)現(xiàn)電感接地:通過(guò)二極管接地或通過(guò)(低邊“l(fā)ow-side”)MOSFET接地。如果是后一種方式,轉(zhuǎn)換器就稱為“同步(synchronus)”方式。DC-DC電路電感參數(shù)選擇詳解
現(xiàn)在再考慮一下在這兩個(gè)狀態(tài)下流過(guò)電感的電流是如果變化的。在狀態(tài)1過(guò)程中,電感的一端連接到輸入電壓,另一端連接到輸出電壓。對(duì)于一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器,輸入電壓必須比輸出電壓高,因此會(huì)在電感上形成正向壓降。相反,在狀態(tài)2過(guò)程中,原來(lái)連接到輸入電壓的電感一端被連接到地。對(duì)于一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器,輸出電壓必然為正端,因此會(huì)在電感上形成負(fù)向的壓降。
我們利用電感上電壓計(jì)算公式:DC-DC電路電感參數(shù)選擇詳解
流過(guò)電感的電流為DC電流加開(kāi)關(guān)峰峰電流的一半。上圖也稱為紋波電流。根據(jù)上述的公式,我們可以計(jì)算出峰值電流:
電感磁芯的飽和度
通過(guò)已經(jīng)計(jì)算的電感峰值電流,我們可以發(fā)現(xiàn)電感上產(chǎn)生了什么。很容易會(huì)知道,隨著通過(guò)電感的電流增加,它的電感量會(huì)減小。這是由于磁芯材料的物理特性決定的。電感量會(huì)減少多少就很重要了:如果電感量減小很多,轉(zhuǎn)換器就不會(huì)正常工作了。當(dāng)通過(guò)電感的電流大到電感實(shí)效的程度,此時(shí)的電流稱為“飽和電流”。這也是電感的基本參數(shù)。
當(dāng)電流增加到一定程度后,電感量就不會(huì)急劇下降了,這就稱為“軟”飽和特性。如果電流再增加,電感就會(huì)損壞了。
有了這個(gè)軟飽和的特性,我們就可以知道在所有的轉(zhuǎn)換器中為什么都會(huì)規(guī)定在DC輸出電流下的最小電感量;而且由于紋波電流的變化也不會(huì)嚴(yán)重影響電感量。在所有的應(yīng)用中都希望紋波電流盡量的小,因?yàn)樗鼤?huì)影響輸出電壓的紋波。這也就是為什么大家總是很關(guān)心DC輸出電流下的電感量,而會(huì)在Spec中忽略紋波電流下的電感量。
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