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电感,功率电感

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功率电感在DC中的作用

时间:2019-09-03 08:54来源:驰兴科技 作者:admin

电子设备在变得高性能的同时,会通过降低其所使用的LSI电源电压来实现低耗电量以及高速化。电源电压下降时,电压变动的要求值将会变得更为严格,为满足此要求特性,高性能DC-DC转换器的需求不断增加,而功率电感器则是左右其性能的重要元件。

电感器(线圈)可使直流电流顺利流过,而对于发生变化的电流,则会产生妨碍其变化的电动势。这称为自感应,针对交流电流,其拥有频率越高越难通过的性质。为此,当电流流过电感器时会将其储存为能量,屏蔽电流时会释放能量。功率电感器正是利用了此性质,并且主要用于DC-DC转换器等电源电路中。功率电感器的设计难度在于其特性会随电流大小或温度等而发生变化。功率电感器根据不同工艺可大致分为绕组型、积层型、薄膜型。同时,磁芯材料使用有铁氧体类与金属类磁性体。铁氧体类磁芯中μ较高,由于高电感、金属磁性材料磁芯的饱和磁通密度优异,因此适合大电流化。

磁芯变为磁饱和后电感值将会下降。可在非磁饱和状态下流过的最大电流为直流重叠允许电流(例:相比初始电感值降低40%)。同时,绕组电阻引起的发热中所规定的为温度上升允许电流(例:因自发热导致温度上升40℃)。一般情况下,该两种允许电流中,较小的一方为额定电流。

从尺寸与成本方面考虑而使用电感较小的功率电感器时,波纹电流会增大。相反,想要减小波纹电流时则需要较大的电感,其不仅会对尺寸及成本方面造成不利,同时在后述负荷急剧变化时的过渡响应特性也会变差。因此在通常情况下,应设置电感值来使波纹电流变为额定电流的20~30%(额定电流的10%左右时不连续)。

在负荷剧增等情况下,输出电压会下降,为进行恢复,功率电感器中会短时间流过过大的峰值电流,用以对负荷电流与输出电容器进行充电。在波纹电流较小的设置下,可能会无法得到为了立即从输出电压大幅下降状态下恢复所需的过渡响应特性。因此需要采取降低电感值来增大波纹电流的方法。在开关器件及控制电流等模块化的电源IC中内置有过电流保护电路。过电流设置值及检测方法等有多个种类,在选择外接的功率电感器时需要同时考虑过电流保护电路。相对于峰值电流,若功率电感器的允许电流无充分冗余,则可能会因过电流保护电路工作而引起输出停止。一般情况下,流过功率电感器的电流峰值设置为过电流设置值的110~130%左右。功率电感器产生的漏磁较大时会对周围元件造成影响,并会产生噪音。为降低漏磁可使用拥有磁屏蔽结构的功率电感器,因此选择合理类型的产品十分重要。

为改善DC-DC转换器效率,在轻负荷状态下还会采用从在一定频率下进行开关来控制脉宽的PWM模式替换为固定脉宽来控制频率的PFM(脉冲频率调制)模式的方法。但开关频率在20kHz及以下时,由磁芯的磁致伸缩作用及磁性吸引引起的振动会引发“啸叫”的问题,因此需要注意。负荷电流的过渡变动也会产生啸叫。

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