DC_DC转换器中电感的选择研究.pdf

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1、第25卷第1期山西大同大学学报(自然科学版)Vol.25.No.12009年2月JournalofShanxiDatongUniversity(NaturalScience)Feb.2009DC-DC转换器中电感的选择研究史建华(山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009)摘要：在DC-DC转换器中，开关电源以其能量转换的高效率而得以广泛应用.基于电感的开关电源其转换功率大而广泛应用于中高功率应用中.电感的正确选择对于DC-DC转换器是非常重要的，需要对电感的性能以及期望的电路性能进行深刻理解.本文给出了在基

2、于电感的开关电源应用中，电感选择的重要规范，根据本文给出的选择方法，能够很好地满足工程应用中开关电源的设计要求.关键词：DC-DC转换器PWM开关电源中图分类号:TP211文献标识码:A文章编号:1674-0874(2009)01-0031-03在电子工程中，DC-DC转换器是非常重要的电本文以BUCK（降压型）转换器为例来阐述功率路组成部分.简单地说，DC-DC转换器的功能就是电感在开关电源中的功能.在BUCK转换器中，电感在给定的输入电压下提供稳定的直流电压输出.的一端连接到输出电压，为直流电压；另一端根据则在给定

3、的负载电流范围或给定的输入电压范围下，交替地连接到输入电压或者电源地。其交变频率为转换器需要调节DC输出电压.在电源设计领域，开关频率,见图1.在状态1，电感连接在输入电压；已经从早期的线性电源发展到开关电源（SMPS）.线在状态2，电感连接在电源地。根据使用的控制器的性电源是通过功率耗散来电压调节的，即通过对输类型，连接到电源地有两种方式：其一是使用一个肖入电压产生一个可变的压降来调节输出电压，因此特基二极管；其二是使用另一个MOSFET.对于采用能量转换效率非常低，尤其是高输入电压的情况后者的转换器，这种方式称为同

4、步（Synchronous）.下，一般为30%.而开关电源的转换效率能达到在开关电源中，电路最终会达到“稳态”，所谓“稳70%到80%，甚至更高.开关电源又分为基于电容态”，就是在一个周期中，电感增加的电流等于其减与基于电感的开关电源，基于电容的开关电源其输少的电流.在稳态时，考虑两种状态下电感电流会发[1]出功率小，其输出电流一般为几百毫安.而基于电生什么情况.在状态1，输入电压被加到电感的一端，感的开关电源能够输出较大功率，适用于中高功率输出电压被加电感的另一端.对于BUCK转换器，输应用.在基于电感的开关电源的应

5、用中，电感的选入电压是大于输出电压的，因此有一个正电压加在电择是至关重要的，直接决定了电源电路的性能，因感两端.相反，在状态2，电源地被连接电感的一端，此正确选择电感是非常重要的.因此，有一个负电压加在电感两端.根据电感的工作特性可知，在状态1，电感电流增加；在状态2，电感电1功率电感在开关电源中的功能流减少.流过电感的净电流如图2所示.输入电压直流电流峰－峰电流状态1输出电压＋状态1状态2状态2图1转换器的开关状态图2电感电流收稿日期:2008-06-15基金项目:山西大同大学青年科学研究项目[2008Q11]作者简

6、介:史建华(1978-)，男，山西宁武人，硕士，讲师，研究方向：计算机控制.·32·山西大同大学学报(自然科学版)2009年由图2可知，电感的最大电流等于直流电流加上峰因此，这个不断变化的电流具有很高的峰值-均值-峰电流的一半.后者称为脉动电流（ripplecur-比，如果用最大瞬时峰值电流来选择电感是不必要rent）.根据图2，有如下计算：的；如果用平均电流来选择电感，当通过峰值电流Imax=IDC+IPP=IDC+VC×(1-D)（1）时，电感可能不能很好的工作.解决这个问题是选22Lf择一个电感，它具有两种电流额

7、定值，其一用来解决Imin=IDC-IPP=IDC-VC×(1-D)（2）因为峰值电流导致磁芯饱和，其二用来解决由于平22Lf均电流的发热问题.其中，f为开关频率，D为占空比.2.4饱和电流2功率电感的参数及其选择电感电流的一个重要影响是磁芯饱和.一般来说，DC-DC转换器的电流波形都有一个直流分量.功率电感参数见表1.这个直流分量通过电感时偏置磁芯从而导致其磁通表1典型的功率电感参数L*/μHDCR/OhmsSRF/MHzISAT/AIrms/A链饱和.当发生饱和时，有一个非常重要的现象是1.00.0091009.0

8、6.8电感值将显示下降，电感其工作特性也不再表现为*L公差±20%电感.因此，在选择电感这个参数时，非常重要的是2.1电感值（L）必须确定器件手册上饱和电流的定义，有些定义饱电感值是主要的参数，也是第一个要计算的参和电流是电感值下降10%~20%时电流值，有些定数.正确选择的电感值必须能够提供适当的能量储义则是电感值下降50%时的