開關(guān)電源電感值的確定
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2004年4月B版
開關(guān)電源是電源產(chǎn)品的主力軍之一,但隨著全球范圍內(nèi)對節(jié)能型產(chǎn)品需求的日增,那些傳統(tǒng)上采用價格較低而效率亦較低的線性調(diào)節(jié)電源的應(yīng)用,也將轉(zhuǎn)向開關(guān)電源(switch mode power supplies,SMPS)。這一轉(zhuǎn)變必將推動業(yè)界不斷的提高開關(guān)的頻率,以滿足客戶對于在更小空間中提供更大功率的要求。這為SMPS制造商打開了新的市場,而相應(yīng)的又將有一些領(lǐng)域的設(shè)計工程師面臨如何滿足SMPS設(shè)計要求這一難題。
>圖1典型的buck結(jié)構(gòu)電源
本文將探討如何為非隔離式SMPS選擇相應(yīng)電感的問題。所給出的例子適用于薄型表面貼裝式設(shè)計,如穩(wěn)壓器模塊(VRM)、負載點電源(POL))以及更大的機柜系統(tǒng)。
圖1示出了采用Buck(降壓)型拓撲結(jié)構(gòu)的電源,它常用于輸出電壓低于輸入電壓的場合。在典型的buck電路中,當開關(guān)(Q1)閉合時,電流開始流過輸出端,并穩(wěn)定上升,其速率取決于電感的量值。根據(jù)Lenz定律,di=VL×dt/L,即流過電感的電流的變化等于電壓乘以時間的變化然后除以電感的量值。隨著流過負載電阻RL的電流穩(wěn)步上升,輸出電壓也成正比增加。
當電壓或電流達到預(yù)定的極限后,控制IC把開關(guān)關(guān)斷,電感中的磁場就逐漸消失,使得正向偏置二極管D1繼續(xù)向輸出電路饋送電流,直到開關(guān)再次閉合。這一循環(huán)不斷重復(fù)下去,其閉合和關(guān)斷的次數(shù)由控制IC決定,這樣就可以將輸出電壓調(diào)節(jié)到所期望的值。
圖2示出了若干周期內(nèi)流過電感及其他降壓電路元件的電壓和電流波形。電感的量值對于在開關(guān)關(guān)斷時維持到負載的電流十分關(guān)鍵。為了能在最極端的輸出電壓和輸入電流條件下保證最小的電感值仍然支持降壓變換器的輸出電流,從而向負載輸出電流,這個最小電感值是需要確定的一個量值。為了求出這一最小電感值,需要下列信息：輸入電壓范圍、輸出電壓及其額定范圍、工作頻率(開關(guān)頻率)
