電感在開關(guān)電源中的應(yīng)用
出處:hankz 發(fā)布于:2012-10-22 16:35:31
電感是閉合回路的一種屬性,即當(dāng)通過閉合回路的電流改變時(shí),會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)來(lái)抵抗電流的改變。電感的"通直阻交"特性,讓其在電路中能夠發(fā)揮巨大的作用。在板卡中,電感多被用在儲(chǔ)能、濾波、延遲和振蕩等幾個(gè)方面,是保障板卡穩(wěn)定、安全運(yùn)行的重要元件。常見的有功率電感、貼片電感等等。
電感是開關(guān)電源中常用的元件,由于它的電流、電壓相位不同,所以理論上損耗為零。電感常為儲(chǔ)能元件,也常與電容一起用在輸入濾波和輸出濾波電路上,用來(lái)平滑電流。電感也被稱為扼流圈,特點(diǎn)是流過其上的電流有"很大的慣性".換句話說,由于磁通連續(xù)特性,電感上的電流必須是連續(xù)的,否則將會(huì)產(chǎn)生很大的電壓尖峰。
電感為磁性元件,自然有磁飽和的問題。有的應(yīng)用允許電感飽和,有的應(yīng)用允許電感從一定電流值開始進(jìn)入飽和,也有的應(yīng)用不允許電感出現(xiàn)飽和,這要求在具體線路中進(jìn)行區(qū)分。大多數(shù)情況下,電感工作在"線性區(qū)",此時(shí)電感值為一常數(shù),不隨著端電壓與電流而變化。但是,開關(guān)電源存在一個(gè)不可忽視的問題,即電感的繞線將導(dǎo)致兩個(gè)分布參數(shù)(或寄生參數(shù)),一個(gè)是不可避免的繞線電阻,另一個(gè)是與繞制工藝、材料有關(guān)的分布式雜散電容。雜散電容在低頻時(shí)影響不大,但隨頻率的提高而漸顯出來(lái),當(dāng)頻率高到某個(gè)值以上時(shí),電感也許變成電容特性了。如果將雜散電容"集中"為一個(gè)電容,則從電感的等效電路可以看出在某一頻率后所呈現(xiàn)的電容特性。
當(dāng)分析電感在線路中的工作狀況或者繪制電壓電流波形圖時(shí),不妨考慮下面幾個(gè)特點(diǎn):
1. 當(dāng)電感L中有電流I流過時(shí),電感儲(chǔ)存的能量為: E=0.5×L×I2 (1)
2. 在一個(gè)開關(guān)周期中,電感電流的變化(紋波電流峰峰值)與電感兩端電壓的關(guān)系為: V=(L×di)/dt (2) ,由此可看出,紋波電流的大小跟電感值有關(guān)。
3. 就像電容有充、放電電流一樣,電感器也有充、放電電壓過程。電容上的電壓與電流的積分(安·秒)成正比,電感上的電流與電壓的積分(伏·秒)成正比。只要電感電壓變化,電流變化率di/dt也將變化;正向電壓使電流線性上升,反向電壓使電流線性下降。

如圖1:開關(guān)電源中的電感電流
紋波電流的大小同樣會(huì)影響電感器和輸出電容的尺寸,紋波電流一般設(shè)定為輸出電流的10%~30%,因此對(duì)降壓型電源來(lái)說,流過電感的電流峰值比電源輸出電流大5%~15%.
計(jì)算出正確的電感值對(duì)選用合適的電感和輸出電容以獲得的輸出電壓紋波而言非常重要。
從圖1可以看出,流過開關(guān)電源電感器的電流由交流和直流兩種分量組成,因?yàn)榻涣鞣至烤哂休^高的頻率,所以它會(huì)通過輸出電容流入地,產(chǎn)生相應(yīng)的輸出紋波電壓dv=di×RESR.這個(gè)紋波電壓應(yīng)盡可能低,以免影響電源系統(tǒng)的正常操作,一般要求峰峰值為10mV~500mV.
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