了解感应器的功能。
感应器通常被理解为开关电源输出端LC滤波电路中的L(C是输出电容器)。尽管这种理解是正确的,但要理解感应器的设计,就必须对感应器的行为有更深的了解。
在降压转换中(Fairchild典型的开关控制器),感应器的一端与DC输出电压相连。另一端通过开关频率切换与输入电压或GND相连。
在状态1的过程中,感应器通过(高边high-side)MOSFET连接到输入电压。在状态2的过程中,感应器连接到GND。由于这种控制器的使用,感应接地可以通过两种方式实现:二极管接地或MOSFET接地(低边low-side)。如果是后一种方式,转换器称为同步。
如果在这两种状态下流过感应器的电流发生变化,现在再考虑一下。在状态1过程中,感应器的一端连接到输入电压,另一端连接到输出电压。对于降压转换器,输入电压必须高于输出电压,因此会在感应器上形成正压降。相反,在状态2过程中,原本连接到输入电压的感应器的一端被连接到地面。对于降压转换器,输出电压必须是正端,所以会在感应器上形成负压降。
使用电感上的电压计算公式:
V=L(dI/dt)
所以,当感应器上的电压为正时(状态1),感应器上的电流就会增大;当感应器上的电压为负时(状态2),感应器上的电流就会减小。图2显示了通过感应器的电流:
从上图可以看出,流过感应器的电流是DC电流和开关峰值电流的一半。上面的图表也叫纹波电流。按照上面的公式,我们可以计算峰值电流:
其中,ton是状态1的时间,t是开关周期(开关频率的倒数),DC是状态1的空比。
警告:以上计算是假设各部件(MOSFET上的传导压降、电感的传导压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降)上的压降对比输入输出电压可以忽略不计。
如果设备的下降不容忽视,按以下公式计算:
同步转换电路:
异步转换电路:
在这些电阻中,Rs是感应电阻和感应绕线电阻。肖特基二极管的正压降是Vf。R为Rs加MOSFET导通电阻,R=Rs+Rm。
感应磁芯饱和度
通过计算出的电感峰值电流,我们可以发现电感产生了什么。很容易知道,随着通过电感的电流增加,它的电感会减少。这是由磁芯材料的物理特性决定的。电感减少很重要:如果电感减少很多,转换器就不会正常工作。当通过电感的电流达到电感的有效性时,此时的电流称为饱和电流。这也是电感的基本参数。
事实上,转换电路中的开关功率电感总是具有软饱和度。为了理解这一概念,可以观察实际测量的VsDC电流曲线:
当电流增加到一定程度时,电感不会急剧下降,称为软饱和特性。如果电流再次增加,电感就会损坏。
注:感应量下降存在于许多类型的感应器中。比如:toroids,gappedE-cores等等。但rodcore感应器并没有这样的变化。
通过这种软饱和的特性,我们可以知道为什么所有的转换器都规定了DC输出电流下的小电感;而且,由于纹波电流的变化,也不会严重影响电感。所有应用程序都希望纹波电流尽可能小,因为它会影响输出电压的纹波。因此,每个人都非常关心DC输出电流下的电感,而在Spec中忽略了纹波电流下的电感。