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鲜为人知的DC-DC外围电感选型方法

标签高频变压器  金籁科技  一体成型电感  电感的作用  2017-06-30 08:44

DC-DC电路设计中对电感的选型为工程师们带来许多挑战,不仅要选择电感值,还要考虑电感可承受的电流,绕组的电阻,机械尺寸等。因此只有充分理解电感在电路中的作用才能更优的设计DC-DC电路。

浅谈DC-DC外围电感选型方法

DC-DC电感选型主要参考参数

电感量L:

L越大,储能能力越强,纹波越小,所需的滤波电容也就小。但是L越大,通常要求电感尺寸也会变大。

自谐频率f0:

由于电感中存在寄生电容,使得电感存在一个自谐振频率。超过此F0是,电感表现为电容效应,低于此F0,电感才表现为电感效应。(阻抗随频率增大而增加)

内阻DCR:

指电感的直流阻抗。该内阻造成I2R的能量损耗,造成DC-DC降低效率,同时也是导致电 感发热的主要原因。DCR增加,导致DC-DC效率降低。相应的电感成本也会增加。

饱和电流Isat:

通常指电感量下降30%时对应的DC电流值。

温升电流Irms:

通常指是电感表面温度上升到40度时的等效电流值。

金籁科技产品实拍图

金籁科技产品实拍图

DC-DC电感选型步骤

根据DC-DC的输入输出特性计算所需的最小电感量。(注:对于电感量的计算,各DC-DC 芯片手册上有明确的计算方法,请以手册为准,以下公式只是个举例说明)

对于Buck型DC-DC,计算公式如下:

Lmin=【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irpp

其中:

Vinmax = maximum input voltage

Vout = output voltage

Fsw = switching frequency

Irpp = inductor peak-to-peak ripple current

通常将Irpp控制在50%的输出额定电流Irate。则上述公式变化如下:

Lmin=2*【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irate

对于Boost型DC-DC的Lmin电感计算公式如下:

Lmin=2*【Vinmax*(1-Vinmax/Vout)】/Fsw*Irate

根据电感的精度,计算出有一定裕量的电感值。例如:对于20%精度的电感,考虑到5%的设计裕量。则DC-DC所需的电感为L=1.25*Lmin

确定我们所需的电感为比计算出的电感L稍大的标称电感。例如:Buck型DC-DC电路设计,其输入为电池Vinmax=4.2V,开关频率Fsw=1.2MHZ,输出电流Irate=500mA,输出电源Vout=1.2V。

则其DC-DC所需的电感:

Lmin= [2*1.2*(1-1.2/4.2)]/(1.2*0.5)uH=2.85uH

L=2.86uH*1.25=3.57uH

距离3.57uH最近的一个标称电感为4.7uH,所以DC-DC外部电感选用4.7uH电感。

在给定的的标称电感下,考虑以下限制因素最终决定电感的选型:

1、电感自谐频率f0需10倍于开关频率Fsw以上;

2、饱和电流Isat和有效电流Irms中较低的一个需是DC-DC额定电流输Irate的1.3倍以上;

3、DCR越低越好;

4、叠层电感比绕线电感好(损耗小);

5、带屏蔽的电感比不带屏蔽的电感好。(改善EMI)

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