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功率电感的4项设计技巧 DC/DC变换器功率电感选择实用指南

开关频率

市场上典型电源 IC 的开关频率范围是 100 kHz 至 2 MHz。第一代线性稳压器的工作范围是 30 kHz 至 55 kHz。鉴于这些特性,提出以下设计建议:

设计技巧 1:

合适的磁芯材料

开关频率 < 100 kHz:铁粉、铁氧体、Superflux、WE-PERM

开关频率 100-1000 kHz:铁氧体、Superflux、WE-PERM

开关频率 > 1000 kHz:铁氧体、WE-PERM

电感值

若无应用说明或可用软件,可使用以下经验公式计算电感:

纹波电流系数为 0.2 至 0.4(本例选用 0.2 和 0.3)。Iout 是要提供的电路工作电流,Uout 是输出电压,Uin 是输入电压,f 是稳压器 IC 的开关频率。可根据计算值选择电感 L 的标准值。例如,如果计算得出的值为 37.36 μH,则可选择标准值 33 μH、39 μH,也可选择 47 μH 进行测试。

 

设计技巧 2:

电感值

--> 电感越大 – 纹波电流越小

--> 电感越小 – 纹波电流越大

纹波电流对于确定芯损耗至关重要。因此,除了开关频率之外,它也是最大限度降低功率电感功率损耗的重要参数。

 

电感电流额定值

使用制造商的仿真软件,可以非常精确地计算出功率电感的直流电流负载和纹波电流负载(芯损耗)。可选择以下方法进行粗略计算:

降压稳压器:电感额定电流:IN = Iout

最大线圈电流:Imax = 1.5 x IN

电感额定电流:IN = (Uout / Uin) Iout

最大线圈电流:Imax = 2 x IN

设计技巧 3:

请遵守数据表规格书的定义。功率电感的额定电流通常与规定的直流电流自发热有关——额定电流时时 +40°C 的自发热是常见现象。根据半导体制造商的建议,饱和电流是电感值下降 10% 时的电流值。遗憾的是,这并不是功率电感数据表规格书中的标准值,并且经常会导致用户产生误解。

直流电阻

计算出电感 L 和电感电流的所需值之后,选择具有最小直流电阻的功率电感。此处的要求往往相反:尺寸小、能量存储密度高、直流电阻低。

使用合适的绕组方法以及 Würth Elektronik WE-HCI 和 WE-PDF 扁平线电感器等新产品系列,可以非常接近这一理想情况。此处还必须遵守数据表定义:将直流电阻指定作为典型值,还是指定作为在计算最差条件下的电路时需使用的最大值?

设计技巧 4:

同等尺寸的直流电阻

--> 电感越大 – 直流电阻越大

--> 电感越小 – 直流电阻越小

--> 电感相同的屏蔽电感 – 直流电阻较小

直流电阻对于确定导线发热损耗十分关键,它是最大限度降低功率电感功率损耗的另一个参数。