注：只有充分理解電感在DC-DC電路中發(fā)揮的作用，才能更優(yōu)的設計DC-DC電路。本文還包括對同步DC-DC及異步DC-DC概念的解釋。DC-DC電路電感參數選擇詳解
DC-DC電路電感的選擇簡(jiǎn)介
在開(kāi)關(guān)電源的設計中電感的設計為工程師帶來(lái)的許多的挑戰。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(xiàn)電阻，機械尺寸等等。本文專(zhuān)注于解釋?zhuān)弘姼猩系腄C電流效應。這也會(huì )為選擇合適的電感提供必要的信息。
理解電感的功能
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計就必須更深入的了解電感的行為。
在降壓轉換中（Fairchild典型的開(kāi)關(guān)控制器），電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率切換連接到輸入電壓或GND。
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(lèi)的控制器，可以采用兩種方式實(shí)現電感接地：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，轉換器就稱(chēng)為“同步（synchronus）”方式。DC-DC電路電感參數選擇詳解
現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。對于一個(gè)降壓轉換器，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。對于一個(gè)降壓轉換器，輸出電壓必然為正端，因此會(huì )在電感上形成負向的壓降。
我們利用電感上電壓計算公式：DC-DC電路電感參數選擇詳解
V=L(dI/dt)
因此，當電感上的電壓為正時(shí)（狀態(tài)1），電感上的電流就會(huì )增加；當電感上的電壓為負時(shí)（狀態(tài)2），電感上的電流就會(huì )減小。通過(guò)電感的電流如圖2所示：
通過(guò)上圖我們可以看到，流過(guò)電感的最大電流為DC電流加開(kāi)關(guān)峰峰電流的一半。上圖也稱(chēng)為紋波電流。根據上述的公式，我們可以計算出峰值電流：
其中，ton是狀態(tài)1的時(shí)間，T是開(kāi)關(guān)周期（開(kāi)關(guān)頻率的倒數），DC為狀態(tài)1的占空比。
警告：上面的計算是假設各元器件（MOSFET上的導通壓降，電感的導通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降）上的壓降對比輸入和輸出電壓是可以忽略的。
如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精確計算：
同步轉換電路：
異步轉換電路：
其中，Rs為感應電阻阻抗加電感繞線(xiàn)電阻的阻。Vf是肖特基二極管的正向壓降。R是Rs加MOSFET導通電阻，R=Rs+Rm。
電感磁芯的飽和度
通過(guò)已經(jīng)計算的電感峰值電流，我們可以發(fā)現電感上產(chǎn)生了什么。很容易會(huì )知道，隨著(zhù)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，轉換器就不會(huì )正常工作了。當通過(guò)電感的電流大到電感實(shí)效的程度，此時(shí)的電流稱(chēng)為“飽和電流”。這也是電感的基本參數。
實(shí)際上，轉換電路中的開(kāi)關(guān)功率電感總會(huì )有一個(gè)“軟”飽和度。要了解這個(gè)概念可以觀(guān)察實(shí)際測量的電感VsDC電流的曲線(xiàn)：
當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(chēng)為“軟”飽和特性。如果電流再增加，電感就會(huì )損壞了。
注意：電感量下降在很多類(lèi)的電感中都會(huì )存在。例如：toroids，gappedE-cores等。但是，rodcore電感就不會(huì )有這種變化。
有了這個(gè)軟飽和的特性，我們就可以知道在所有的轉換器中為什么都會(huì )規定在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 )嚴重影響電感量。在所有的應用中都希望紋波電流盡量的小，因為它會(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。 |
