DC/DC转换器
电感器的选择
随着开关的打开和闭合,升压电感器会经历电流
纹波
。一般建议
纹波电流
应低于平均电感电流的20%。电感过大将要求使用大得多的电感器,而电感太小将引起更大的开关电流,特别在输出电容器中,而这又要求更大的电容器。
电感值的选择取决于期望的纹波电流。如
等式
1所示,较高的VIN或VOUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。
由公式可以得出:
(2) 电感值增大,可以降低纹波电流和
磁芯
磁滞损耗
。但电感值的增大,电感尺寸也相应的增大,电流变化速度也减慢。
为了避免电感饱和,电感的额定电流值应该是转换器
最大输出
电流值与电感纹波电流之和。
电感的直流电阻(
RDC
),取决于所采用的材料或贴片电感器的构造类型,在室温条件下通过简单的
电阻测量
即可获得。RDC的大小直接影响线圈的温度上升。因此,应当避免长时间超过电流
额定值
。
线圈的总耗损包括RDC中的耗损和下列与频率相关联的耗损分量:磁芯材料损耗(
磁滞损耗
、
涡流损耗
);
趋肤效应
造成的导体中的其他耗损(高频电流位移);相邻绕组的磁场损耗(
邻近效应
);辐射损耗。
将上述所有耗损分量组合在一起构成串联耗损电阻(Rs)。耗损电阻主要用于定义电感器的品质。然而,我们无法用
数学方法
确定Rs,一般采用
阻抗分析仪
在整个
频率范围
内对电感器进行测量。
电感线圈
电抗
(XL)与总电阻(Rs)之比称为品质因素Q,参见公式(2)。品质因素被定义为电感器的品质参数。损耗越高,电感器作为
储能元件
的品质就越低。
品质—
频率图
可以帮助选择针对特定应用的最佳电感器结构。如
测量结果
图2所示,可以将损耗最低(
Q值
最高)的工作
范围定义
为一直延伸到品质拐点。如果在更高的频率使用电感器,损耗会剧增(Q降低)。
良好设计的电感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形状可以相应改变电感器的大小/电流和价格/电流关系。采用
铁氧体材料
的屏蔽电感器尺寸较小,而且不辐射太多能量。选择何种电感器往往取决于价格与尺寸要求以及相应的辐射场/EMI要求。