电源技术
出处:12864 发布于:2007-09-25 09:14:24
本文将阐明为非隔离式开关模式电源(SMPS)选用电感器的基本要点。所举实例适合超薄型表面贴装设计的应用,像电压调节模块(VRM)和负载点(POL)型电源,但不包括基于更大底板的系统。

图1,典型的冲跳拓扑结构电源
图1所示为一个冲跳拓扑结构电源的架构,该构架广泛应用于输出电压小于输入电压的系统。在典型的冲跳拓扑结构电路中,当开关(Q1)闭合时,电流开始通过这个开关流向输出端,并以某一速率稳步增大,增加速率取决于电路电感。根据楞次定律,di=E×dt/L,流过电感器的电流所发生的变化量等于电压乘以时间变化量,再除以这个电感值。由于流过负载电阻RL的电流稳定增加,输出电压成正比增大。在达到预定的电压或电流限值时,控制集成电路将开关断开,从

图2,采用冲跳拓扑结构的开关模式电源的开关动作波形图
电感值对于在开关断开期间保持流向负载的电流很关键。所以必须算出保持冲跳变流器输出电流所必需的电感值,以确保在输出电压和输入电流处于差条件下,仍能够为负载供应足够的电流。为确定的电感值,需要知道如下信息:输入电压范围
输出电压及其规定范围
工作频率(开关频率)
电感器脉动电流
运行模式;连续运行模式还是非连续运行模式
下列公式用于计算冲跳变流器所需的电感值。
L1 = Vo(1-Vo/(Vin-Von))/(f×dI) 连续运行模式下:dI < 1/2I
为了算出适用于电源整个运行条件的电感值,对参数值的选择必须能够保证在各项参数处于不利组合的条件下,所选择的这一电感值仍能将脉动电流保持在特定的数值范围内。而针对冲跳型电源,其不利组合条件为:输入电压和频率均处于各自的数值时。此外,还要将输出电压也取为其规定值,以确定能够保持正常调节功能所需的电感值。设计者可以按照自己所习惯的方式,对这些数值进行控制,以达到差条件成立的状态。

L1(min) = Vo(min)(1-Vo(min)/(Vin(min)-
Von))/(f(min)×dI)
L1(min) = 4.95V(1-4.95V/(20V-0.7V))/
(693,000Hz × 0.5A)
L1(min) = 10.6uh
因此,在这一具体应用中,电感器的电感值至少为10.6礹,而其电流额定值也要在的20安培的工作电流之上,并保持足够的安全系数。而如果选择一个电感值低于此值的电感器,就将导致冲跳变流器可能无法在大电流下将其输出电压保持在规定范围内。
将电感值确定以后,实际电感器的设计必须符合相关电气标准、系统尺寸和安装方式等限制。许多磁性元件供应商均提供各种型号的标准产品,可满足绝大多数的设计标准要求。但是,在设计中采用现货供应的标准产品,有可能导致电感器的性能和尺寸方面有所不足,并可能终对产品的销售造成不利影响。而幸运的是,包括泰科电子CoEv 磁性组件部在内的一些供应商,能够提供必要的定制工程设计支持, 以满足将特定电感值、电气性能和外形限制要求结合在一款完全成熟的产品上,促进设计的化,充分利用了业界的技术,从而地缩短了设计和测试的时间,加速产品的上市。
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