开关稳压器旨在将输入电压转换为所需的高低电压。在此过程中,电感成为了一个关键的储能元件。电感的大小,与开关稳压器的开关频率和电路中的电流息息相关。那么,如何精准地选定电感值呢?这需要我们利用一个涉及电感电流纹波的公式。
翻阅众多开关稳压器的数据手册及应用笔记,纽荷尔显微镜型号推荐公司哪家好你会发现,电感电流纹波常被建议控制在标称负载工作的30%以内。这意味着,在标称负载电流的条件下,电感电流的峰值和谷值分别比平均电流高出15%和低于15%。选择30%的电感电流纹波或电流纹波比(CR)是一个平衡的选择,既满足了效率需求,又确保了系统的稳定性。
对于降压转换器,如图所示,我们应用公式进行计算。
使用降压转换器时相应的电感电流纹波。
此公式基于电流纹波比CR计算降压转换器所需的电感值L。该比值一般指定为0.3,或30%峰峰纹波。在该公式中,D表示占空比,T表示周期时间,取决于各自的开关频率。
使用不同的电感电流纹波。
红色线条表示电路的电感电流纹波(电流纹波比(CR)为30%,纽荷尔显微镜型号推荐公司哪家好,输出电流为3A。这是开关稳压器电路设计中常见的折衷选择。蓝色波形对应的电感电流纹波为133%,绿色波形对应的电感电流纹波为7%。
标称负载下,纹波电流比为30%的电感电流纹波(红色)、小电感电流纹波(蓝色)和大电感电流纹波(绿色)。
下图显示相同的电路以部分标称负载作为输出电流(例如1A)运行时的情况。在高电感电流纹波下,如图3中的蓝色波形所示,电感会在每个周期完全放电。这个模式称之为断续导通模式(DCM)。在这种模式下,控制环路的稳定性发生变化,可能产生更高的输出电压纹波。
部分负载下,纹波电流比为30%的电感电流纹波(红色)、小电感电流纹波(蓝色)和大电感电流纹波(绿色)。
因此,为了防止DCM的出现,必须合理设定纹波电流比。当纹波电流比设定为30%时,可以在性能和稳定性之间达到良好的平衡。如果纹波电流比过低,即便是在部分负载的情况下,系统大部分时间也将处于连续电流导通模式。所以,通过电路的优化设计,可以使系统在这种模式下稳定高效运行。
择的纹波电流比过高。
纹波电流比高于30%时,电感尺寸更小,成本更低。但是,峰值电流大幅增高,会产生大量电磁干扰(EMI),远高于典型电路能够接受的水平。此外,要使用连续导通模式(CCM),负载电流要达到更高。这还不是问题,但是在这个模式下,其工作特性会发生改变,在设计电路时,这一点必须考虑在内。
此外,相较于较低的电感电流纹波,还会导致更高的输出电压。
选择的纹波电流比过低。
当纹波电流比低于30%时,纽荷尔显微镜型号推荐公司哪家好,电感器的尺寸将增大,相应地,制造成本也会提高。这是因为储能设备的体积庞大,使得负载瞬态响应相对减弱。举个例子,在迅速切断高负载电流时,电感器内存储的电能需要有一个去处。这种情境下,输出电容(COUT)两端的电压会上升。电感器中累积的电能越多,输出电压便越高,有可能超出安全范围,进而损害供电电路。
在权衡不同的电感电流纹波比的优缺点之后,我们发现,对于大部分应用,约30%左右的电流纹波比更为合用。但是,在有些情况下,也可以有所偏离,只要结果可以接受。
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