降压变换器的电感器设计

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1、工艺·技术·应用降压变换器的电感器设计张忠仕，陈文，李卫，金学群（绵阳开元磁性材料有限公司，四川绵阳621000）摘要：基于降压变换器的工作过程分析，导出所用储能电感L的计算公式，讨论计算L时所用参数的取值，然后给出大电流电感器的设计方法。关键词：降压变换器；储能电感；计算；设计中图分类号：TM552文献标识码：B文章编号：1001-3830(2006)04-0042-04电感电流为连续模式的降压变换器，其电感L1引言上的电流IL波形及平滑电容C上的电压VC波形示由于开关稳压电源的使用越来越广泛

2、，介绍开于图2。Vc的平均值就是输出电压的标称值V0，V0关电源的著作和文章也越来越多。在众多的有关开的纹波ΔV0也就是Vc的波动值ΔVc。图2中的虚关稳压电源的文献中都要涉及到降压变换器的工线表示当输入电压Vin降低时IL的波形。由图2可作原理和设计。但是，在分析工作原理和推导所用知，Vin最高时电感L上的脉动电流ΔIL最大，VT储能电感L的计算公式时，往往忽略了开关三极管的导通时间最短，截止时间最长，需要L增储的能和续流二极管的饱和压降。而且，有关电感器的设量也应最多。由图2还可看出，在VT

3、导通的前半计往往也只是给出一个计算电感量L的公式而已。期，I0是由Vin和C放电来共同维持的，所以Vc是我们认为在大电流输出时，开关管和续流二极下降的；在导通的后半期，Vin提供的电流一部分管的饱和压降不能忽略不计。大电流电感器的设计维持I0，另一部分进入电容器为C充电，所以Vc不能仅算出电感量，还应涉及到所用铁芯的选用。上升。在VT截止的前半期，L产生的感应电流一本文通过对降压变换器工作过程的分析，导出所用部分维持I0，另一部分继续给电容充电，所以Vc电感L的较准确计算公式，并对其设计进行探讨

4、。继续上升；到截止后半期，靠感应电流和C的放2降压变换器的工作过程电电流共同维持I0，所以Vc是下降的。图1为一个典型发射极输出降压开关变换器ILT电路图。在开关管VT导通期间，由电源Vin提供I2的电流经过VT和L流向RL和/或平滑电容C。在I0VT截止期间，靠L产生的感应电动势和电容C的I1TonToff放电，经过续流二极管提供的通路来维持RL上的ΔIL电流I。0tVc控制ICV0I0VT(1/2)ToffL(1/2)TonΔV0＋0tVinDCRLV0图2降压变换器工作波形－3分析与推导图

5、1降压变换器电路众所周知，电感L储存的能量为收稿日期：2005-11-17修回日期：2006-02-17W=1LI2（1）L作者通信：Tel:0816-291762242JMagnMaterDevicesVol37No4万方数据在图2中，输入电压Vin在VT导通期间，使L中况下，可以取I0的两倍，在I0达到十几或几十A的电流IL从I1升到I2，根据（1）式，L中储存的时，ΔI就不能再取到I0的两倍。不论I0多大，电能量增加量应为感器绕组匝数再少也要有几匝。这意味着大电流电1212感器的安匝数很大

6、，电感器磁芯的饱和可能很严ΔWL=LI2−LI1=LI0ΔIL（2）22重。如果电感器上叠加的脉动电流再很大，磁芯受上式中，ΔIL=I2−I1，称为电感器脉动电流；I0=到的磁化场更高，饱和问题更加严重，除非大幅度（I1+I2）/2为电感L上的平均电流。因电容C对直增大磁芯体积。另外，ΔI特别大时，后面的滤波流来说是断路的，所以，I0也是RL上的平均电流。电容C也要随之增大才能保证输出纹波ΔV0在规在VT截止期间，IL从I2降到I1，L放出的能量就定范围内。由（6）式可以看出，如果ΔI取值太小，

7、是它增存的能量ΔWL。L就必须增大，大电流的大电感器件也给设计造成在VT截止期间，RL和二极管D消耗的能量困难。文献[3]认为ΔI取I0的30%比较适宜，文献应该等于L放出的能量，所以：[6]指出ΔI的典型值为0.5A。到底ΔI该取多大，(I0V0＋I0VD)Toff=LI0ΔI还应根据对电感器的体积和直流电阻要求及采用把Toff=(1－D)/f代入上式可得出L的表达式：的磁芯性能进行综合考虑。L=（V0＋VD）（1－D）/fΔI（3）输入电压Vin的最小值与最大值往往相差甚式中，D为占空比，f

8、为开关频率。根据每个周期远。主张用最小值Vinmin计算电感L值的理由是认内输入的能量等于RL和二极管D消耗的能量之为在Vin降到最低值时是电源工作时的最恶劣条和，有：件。我们认为，在这种最恶劣条件下运行时需要的(Vin－Von)I0Ton=V0I0T＋VDI0Toff电感值最小。所以，用Vinmin计算出的L值不能满由上式可解得：足Vin升高时的需要。下面作具体分析。V0=(Vin－Von＋VD)D－VD（4）由（4）式可知，通过对占空比D的调节可使式中，Vin为输入直流电压，Von为开关管的