開關(guān)電源電感器設(shè)計要點

開關(guān)電源電感器是開關(guān)電源設(shè)備的重要元器件，它是利用電磁感應(yīng)的原理進行工作的。它的作用是阻交流通直流,阻高頻通低頻(濾波)，也就是說高頻信號通過電感線圈時會遇到很大的阻力，很難通過，而對低頻信號通過它時所呈現(xiàn)的阻力則比較小，即低頻信號可以較容易的通過它。電感線圈對直流電的電阻幾乎為零。

本文將闡明為非隔離式開關(guān)電源(SMPS)選用電感器的基本要點。所舉實例適合超薄型表面貼裝設(shè)計的應(yīng)用，像電壓調(diào)節(jié)模塊(VRM)和負(fù)載點(POL)型電源，但不包括基于更大底板的系統(tǒng)。

圖1所示為一個降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源的架構(gòu)，該構(gòu)架廣泛應(yīng)用于輸出電壓小于輸入電壓的開關(guān)電源系統(tǒng)。在典型的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路中，當(dāng)開關(guān)(Q1)閉合時，電流開始通過這個開關(guān)流向輸出端，并以某一速率穩(wěn)步增大，增加速率取決于電路電感。根據(jù)楞次定律，di=E*dt/L，流過電感器的電流所發(fā)生的變化量等于電壓乘以時間變化量，再除以這個電感值。由于流過負(fù)載電阻RL的電流穩(wěn)定增加，輸出電壓成正比增大。

在達到預(yù)定的電壓或電流限值時，開關(guān)電源控制集成電路將開關(guān)斷開，從而使電感周圍的磁場衰減，并使偏置二極管D1正向?qū)?，從而繼續(xù)向輸出電路供給電流，直至開關(guān)再度接通。這一循環(huán)反復(fù)進行，而開關(guān)的次數(shù)由控制集成電路來確定，并將輸出電壓調(diào)控在要求的電壓值上。圖2所示為在若干個開關(guān)循環(huán)周期內(nèi)，流過電感器和其它降壓拓?fù)潆娐吩系碾妷汉碗娏鞑ㄐ巍?/p>

電感值對于在開關(guān)電源開關(guān)斷開期間保持流向負(fù)載的電流很關(guān)鍵。所以必須算出保持降壓變換器輸出電流所必需的最小電感值，以確保在輸出電壓和輸入電流處于最差條件下，仍能夠為負(fù)載供應(yīng)足夠的電流。為確定最小的電感值，需要知道如下信息：

·輸入電壓范圍

·輸出電壓及其規(guī)定范圍

·工作頻率(開關(guān)頻率)

·電感器紋波電流

·運行模式：連續(xù)運行模式還是非連續(xù)運行模式

下列公式用于計算降壓變換器所需的電感值。
　　
L1=Vo(1-Vo/(Vin-Von))/(f*dI)

連續(xù)運行模式下：dI 1/2I

為了算出適用于開關(guān)電源整個運行條件的最小電感值，對參數(shù)值的選擇必須能夠保證在各項參數(shù)處于最不利組合的條件下，所選擇的這一電感值仍能將紋波電流保持在特定的數(shù)值范圍內(nèi)。而針對降壓型開關(guān)電源，其最不利組合條件為：輸入電壓和頻率均處于各自的最低數(shù)值時。此外，還要將輸出電壓也取為其最小規(guī)定值，以確定能夠保持正常調(diào)節(jié)功能所需的最低電感值。設(shè)計者可以按照自己所習(xí)慣的方式，對這些數(shù)值進行控制，以達到最差條件成立的狀態(tài)。

按照表1中所列出的數(shù)據(jù)，最小電感值計算如下：