昌平做网站,如何做全网影视网站,十大房产中介软件,网业加速器消费类应用是现代 DC/DC 变换器需求的主要驱动力。在这类应用中#xff0c;功率电感主要被用于电池供电设备、嵌入式计算#xff0c;以及高功率、高频率的 DC/DC 变换器。了解电感的电气特性对于设计紧凑型、经济型、高效率、并具备出色散热性能的系统至关重要。
电感是一种…消费类应用是现代 DC/DC 变换器需求的主要驱动力。在这类应用中功率电感主要被用于电池供电设备、嵌入式计算以及高功率、高频率的 DC/DC 变换器。了解电感的电气特性对于设计紧凑型、经济型、高效率、并具备出色散热性能的系统至关重要。
电感是一种相对简单的元件它由缠绕在线圈中的绝缘线组成。但当单个元件组合在一起用来创建具有适当尺寸、重量、温度、频率和电压的电感同时又能满足目标应用时复杂性就会增加。
选择电感时了解电感数据手册中标明的电气特性非常重要。本文将提供指导帮助您为解决方案选择合适电感同时阐明如何在设计新型 DC/DC 变换器时预测电感性能。
电感是什么
电感是一种电路元件它可以在自身磁场中储存能量。电感通过储存将电能转换为磁能然后向电路提供能量以调节电流。当电流增加磁场就会增强。图 1 展示了电感模型。 电感是采用绝缘线绕成线圈形成的。线圈可以是不同的形状和尺寸也可以使用不同的芯材缠绕。
电感的大小则取决于匝数、磁芯尺寸和磁导率等多种因素。图 2 显示了关键的电感参数。 表 1 显示了如何计算电感 (L)。 下面我们将详细描述常见的电感参数。
磁导率
磁导率是材料响应磁通量的能力也表明了在施加的电磁场中有多少磁通量可以通过电感。表2显示了磁导率对磁通密度B的增强。本文素材来源https://www.dhsic.com/zh 从表 2可以看出磁通量的浓度取决于磁芯的磁导率和尺寸。
图 3 显示了一个没有磁芯的线圈。 空心线圈的磁导率为常数值µr air大约等于 1。
图 4 显示了一个带磁芯的电感。当然有磁芯时磁场会增强。 不同磁芯材料的典型磁导率不同。表 3 列出了三种不同芯材的磁导率。 电感值 (L)
电感将感应的电能存储为磁能的能力通过电感值来体现。在开关输入电压驱动电感的同时电感要为输出负载提供恒定的直流电流。
表 4 显示了电流和电感电压之间的关系。可以看出电感两端的电压与电流随时间的变化成正比。 首先确定设计需要的电感范围。要注意电感值在整个工作条件下并不是恒定的 它会随着频率的增加而变化。因此对具有更高开关频率的应用需要特殊考量。电感制造商通常在 100kHz 至 500kHz 的频率下测试电感因为大多数 DC/DC 变换器都在此范围内工作。
电阻 (R)
电感的电流电阻会导致散热从而影响效率。总铜损中包含了 RDC 损耗和RAC 损耗。RDC与频率无关始终恒定RAC 则取决于频率。表 5 显示计算RDC 的方法。 降低铜损的唯一方法是增大导线面积即改用较粗的导线或使用扁线。采用扁线可以使绕组窗口被完全利用从而带来较低的 RDC。表 6 所示为圆线与扁线的横截面积比较。 表 7对圆线和扁线的特性进行了比较。 使用公式 (1) 可以估算电感的直流铜损 (RDC) (PAC)铜损则取决于 PAC它是由频率驱动的邻近效应和趋肤效应引起的。频率越高PAC 铜损越高。
磁芯损耗
通常情况下铁磁材料已可以满足磁芯电感所需的磁特性。根据磁芯材料的不同电感的相对磁导率在 50 至 20000 之间。
当施加磁场时这种材料的磁畴结构会产生反应而没有磁场时磁矩方向是随机的。当磁能量变化时会产生磁芯损耗。磁畴沿磁场方向定向磁矩。随着磁畴的扩大和缩小部分磁畴会卡在晶体结构中。一旦卡住的磁畴能够旋转能量就会以热量的形式消散。
纹波电流 (∆IL)
纹波电流 (∆IL) 指一个开关周期内电流的变化量。
电感在其峰值电流范围之外可能无法正常工作。电感的纹波电流通常设计为在 IRMS的 30% 至 40% 范围之内。
图 5 所示为电感电流的波形。 额定电流 (IDC, IRMS)
额定电流是指使电感温度升高规定的量所需的直流电流。温升 (ΔT) 不是一个标准值但通常在 20K 至 40K 之间。
额定电流在环境温度下测量得到。其值通常在电感数据手册中提供是最终应用的预期电流值。对于环境温度较高的应用设计人员应选择自热温度较高的电感。
图 6 体现了温升与额定电流之间的关系。该曲线可用于确定任意温升对应的电流值。 在一个应用中工作温度 (TOP) 由环境温度 (TAMB) 和电感的自热值 (ΔT)决定。TOP可以通过公式 (2) 来估算 给定额定电流是估计电感温升的最佳方法。温升还受电路设计、PCB 布局、与其他组件的接近程度以及走线尺寸和厚度的影响。电感芯体和绕组中产生的过量交流损耗也可能导致额外的热量。
如果需要较低自发热则需选用封装尺寸较大的电感。
饱和电流 (ISAT)
饱和电流额定值是指在标称电感下降规定的百分比之前电感可以支持的直流电流。
每个电感的参考百分比电感下降值都是唯一的。通常制造商将该值设置在 20% 到 35% 之间这会使电感的比较变得很困难。但数据手册通常会提供一条曲线显示电感如何随直流电流变化。利用这条曲线可以衡量整个电感范围以及它如何响应直流电流。
直流饱和电流取决于温度和电感磁性材料及其磁芯结构。不同的结构和磁芯都会影响ISAT值。
铁氧体磁芯是最常见的其特点是具有硬饱和曲线见图 7。确保电感不会在感量下降点之外工作至关重要因为超过该点感量会急剧下降功能性也会降低。
合成塑封电感在温度变化时感量下降稳定具有软饱和特性。由于其感量逐渐下降因此可以为设计人员提供了更大的灵活性和更宽的工作范围。
图 7 显示了两条饱和曲线。蓝色曲线为典型的合成塑封电感软饱和示例红色曲线为典型的 NiZn/MnZn 鼓芯电感硬饱和示例。 小感量或大封装尺寸的电感可以处理更高的饱和电流。
自谐振频率和阻抗
电感的自谐振频率 (fR) 是电感与其自电容谐振的最低频率。在谐振频率之下阻抗处于最大峰值有效电感为零。图 8 显示了电感的电路模型。 电感在谐振频率 (fR)之前具有电感特性如图 9 中的蓝色曲线所示因为频率增加阻抗增高。在谐振频率下负容抗 (XC) 等于正感抗 (XL), 其值可通过公式 (3) 估算 超过谐振频率之后如图 9 中的红色曲线所示电感则显现出阻抗减小的电容特性。超过这一点之后电感也不会按预期工作。
图 9 显示了感量与频率之间的关系。 如何选择具有高性价比的紧凑型电感
了解了电感数据手册中每个参数的基本含义就可以很容易地选择到够用的电感。但如果了解了每个参数中隐藏的细节就可以为 DC/DC变换器应用选择最理想的电感同时预测在不同条件下的系统性能。
市场上针对不同应用的电感种类花样繁多选择一款最适合的电感不是一件容易的事。例如感值大的电感可降低 DC 损耗并提高效率但它们的物理尺寸更大并且温度更高。没有一款电感是万能的了解每个电感的参数以及不同参数之间的关系非常重要它可以帮助设计人员确定一款电感是否适合特定的 DC/DC 应用。本文素材来源于首页-道合顺INFINITECH_一站式电子元器件采购商城 _ic芯片交易网
