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功率电感:DC-DC转换器的功率电感性能的解决方案(二)

时间:2014-11-24 14:29:14 点击:
    在以更高的输出电压纹波为代价时,小电感将导致更高的输出电流转换速率,从而改善转换器对负载的瞬变响应。大功率电感则会降低纹波电流并降低线圈的磁滞损耗(magnetic hysteresis losses)。

  总体的线圈损失可并入到损耗电阻(Rs)之中,在此把实际的电感看成损耗电阻与理想电感的串联。从而简化了等效电路,如图2所示。

  

  尽管Rs上的损失是频率相关的,但直流阻抗(RDC)还是一直作为数据表中的规范参数进行定义。该阻抗取决于所采用的绕线材料或SMD(表面贴装器件)电感的构建类型,并在室温下通过简单的电阻测量得到。

  直流阻抗的大小对线圈温度的升高有着直接的影响。因此,应极力避免超过额定电流的现象。

  总体的线圈损耗同时包括了直流阻抗RDC的损耗以及取决于频率变化的损耗分量:

  线圈材料损耗(磁滞损耗、涡流[eddy-current]损耗)

  电感附带的趋肤效应损耗(高频电流转换)

  邻近线圈的磁场损耗(邻近效应)

  辐射损失

  上述所有的损失分量都可归结于串联的损耗电阻(Rs)。损耗电阻主要用于定义电感的品质。但不足的是,数学上定义的损耗电阻Rs与实际并不相符。因此,电感通常需要采用阻抗分析仪进行整个频带的测量。该测量可给出独立的分量XL(f)、Rs(f) 以及 Z(f)。

  感应线圈的电抗(XL)与总体电阻(Rs)的比值通常称为品质因数Q,如方程2所示。品质因数定义了电感的品质特性。损耗越大,则电感作为储能单元的效果也就越差。 图3a及3b所示功率电感厂的品质-频率曲线图有助于为特定应用挑选最优的电感架构。如图的测量结果所示,工作频率内损失最小的点(即Q值最高点)定义为品质的转折点。如果电感被用于更高的频率,则损失一体电感器工厂将急剧增加(Q值下降)。

  

  

  设计优良的电感仅会降低较小百分比的效率。不同的核心材料及形状也将改变电感的尺寸/电流以及价格/电流的关系。具有防护层的铁酸盐电感更小,且能量辐射也更低。该选用那种类型的电一体电感生产厂家感通常取决于价格vs.尺寸的需求以及可能的任意辐射场/电磁干扰需求。

  4.7-μH绕线式电感,RDC=240mΩ / ISAT=700mA


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