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DC-DC電路設計中對電感的選型為工程師們帶來(lái)許多挑戰,不僅要選擇電感值,還要考慮電感可承受的電流,繞組的電阻,機械尺寸等。因此只有充分理解電感在電路中的作用才能更優(yōu)的設計DC-DC電路。
DC-DC電感選型主要參考參數:
電感量L:
L越大,儲能能力越強,紋波越小,所需的濾波電容也就小。但是L越大,通常要求電感尺寸也會(huì )變大。
自諧頻率f0:
由于電感中存在寄生電容,使得電感存在一個(gè)自諧振頻率。超過(guò)此F0是,電感表現為電容效應,低于此F0,電感才表現為電感效應。(阻抗隨頻率增大而增加)
內阻DCR:
指電感的直流阻抗。該內阻造成I2R的能量損耗,造成DC-DC降低效率,同時(shí)也是導致電感發(fā)熱的主要原因。
飽和電流Isat:
通常指電感量下降30%時(shí)對應的DC電流值。
溫升電流Irms:
通常指是電感表面溫度上升到40度時(shí)的等效電流值。
DC-DC電感選型步驟
根據DC-DC的輸入輸出特性計算所需的最小電感量。(注:對于電感量的計算,各DC-DC 芯片手冊上有明確的計算方法,請以手冊為準,以下公式只是個(gè)舉例說(shuō)明)
對于Buck型DC-DC,計算公式如下:
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
通常將Irpp控制在50%的輸出額定電流Irate。則上述公式變化如下:
Lmin=2*【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irate
對于Boost型DC-DC的Lmin電感計算公式如下:
Lmin=2*【Vinmax*(1-Vinmax/Vout)】/Fsw*Irate
根據電感的精度,計算出有一定裕量的電感值。例如:對于20%精度的電感,考慮到5%的設計裕量。則DC-DC所需的電感為L(cháng)=1.25*Lmin
確定我們所需的電感為比計算出的電感L稍大的標稱(chēng)電感。例如:Buck型DC-DC電路設計,其輸入為電池Vinmax=4.2V,開(kāi)關(guān)頻率Fsw=1.2MHZ,輸出電流Irate=500mA,輸出電源Vout=1.2V。
則其DC-DC所需的電感:
Lmin= [2*1.2*(1-1.2/4.2)]/(1.2*0.5)μH=2.85μH
L=2.86μH*1.25=3.57μH
L=2.86μH*1.25=3.57μH
距離3.57uH最近的一個(gè)標稱(chēng)電感為4.7uH,所以DC-DC外部電感選用4.7uH電感。
在給定的的標稱(chēng)電感下,考慮以下限制因素最終決定電感的選型:
1、電感自諧頻率f0需10倍于開(kāi)關(guān)頻率Fsw以上;
2、飽和電流Isat和有效電流Irms中較低的一個(gè)需是DC-DC額定電流輸Irate的1.3倍以上;
3、DCR越低越好;
4、帶屏蔽的電感比不帶屏蔽的電感好。(改善EMI)
另外,電感的成本和體積也是需要權衡的。深圳市科達嘉電子有限公司一如既往致力于材料、新產(chǎn)品的研發(fā),通過(guò)不斷的技術(shù)突破創(chuàng )新,針對市場(chǎng)各類(lèi)DC-DC轉換電路的設計方案,開(kāi)發(fā)出眾多高品質(zhì)的電感器,協(xié)助您創(chuàng )造更高的市場(chǎng)價(jià)值!
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