如何為便攜式系統(tǒng)選擇電容和電感元件

由上式可知,輸出電流較高時(shí),低頻或直流損耗占主導(dǎo)地位;輸出電流較低時(shí),交流損耗占主導(dǎo)地位。ΔI是轉(zhuǎn)換器的峰峰值紋波電流,在連續(xù)傳導(dǎo)工作模式中,輸出電流高和低時(shí)其幅度都一樣。由數(shù)學(xué)計(jì)算可知,I=600MA時(shí),電感總體損耗的91%是直流損耗;I=50mA時(shí),電感總體損耗的93%是交流損耗。

圖4a (ESR) 和 4b (Q)給出了廠商A(低 ESR,高Q值)和廠商B(高ESR,低Q值)的電感,還顯示了采用這些電感(圖4c) 的2MHz轉(zhuǎn)換器的效率曲線。從這些數(shù)據(jù)判斷,即使廠商A有較高的DCR,它也能在輕負(fù)載下提供更高的效率。

根據(jù)應(yīng)用的不同,可以選擇屏蔽式或非屏蔽式電感器。一般而言,屏蔽式電感用于那些必須滿足嚴(yán)格的EMI規(guī)范的便攜式應(yīng)用。

最后但絕非不重要的是,按照生產(chǎn)方式的不同,有兩類電感器。第一類是傳統(tǒng)的繞線線圈式(Wire Wound coil)電感,另一類是較新式的芯片電感。芯片電感憑其尺寸和高度方面的優(yōu)勢使用正日益廣泛。PCB裝配時(shí)的安裝速度也是芯片(多層)電感生產(chǎn)商大肆宣傳的優(yōu)點(diǎn)之一。在選擇開關(guān)解決方案時(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須考慮到芯片電感的某些關(guān)鍵規(guī)格。電感和直流電流的關(guān)系隨溫度的變化是線圈式電感和芯片電感有顯著不同的一個(gè)主要參數(shù)。圖5顯示了繞線線圈電感和芯片電感的橫截面示意圖。

從圖 6可看到,一般來說,線圈式電感的電感-直流電流及溫度關(guān)系曲線在飽和電流之前很平坦。在飽和電流之后,則隨電流變化出現(xiàn)急劇下降。典型地,ISAT在85 ?C 時(shí)比25 ?C時(shí)要低10％到20%。

25 ?C時(shí),芯片電感有一個(gè)高于額定值的初始電感值。一旦電流增大,芯片電感就開始下降。因此,大多數(shù)情況下,額定ISAT的定義不適用于芯片電感。規(guī)定了溫度上升的額定rms電流也決定了芯片電感的額定電流。電感值隨溫度下降,不隨直流電流下降,是芯片電感的另一個(gè)特性。

關(guān)于實(shí)際的電感值,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須謹(jǐn)慎選擇正確的電感,并按照規(guī)格說明書找到最小的電感值。電感選擇不正確會(huì)影響到穩(wěn)定性,引起次諧波振蕩(sub-harmonic oscillations),和/或降低開關(guān)的額定輸出電流。與陶瓷電容的情況相同,設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)主要關(guān)注實(shí)際工作情況中的電感值,而非額定電感值。

如何為磁性降壓轉(zhuǎn)換器選擇電感的額定電流呢？如果電感的額定IRMS大于所需輸出電流,最容易的方法是選擇額定值大于或等于開關(guān)的最大電流限值的ISAT。不過,正如我們在芯片電感中看到的,我們必須搜尋滿足穩(wěn)定性和輸出電流要求的最小電感值。選擇較高值的芯片電感(比如用3.3μH代替2.2μH) 來滿足電感要求是不可行的,因?yàn)閷ο嗤鈿こ叽绲碾姼衅?電感值越高,其下降就越劇烈。

此外,芯片電感廠商間存在著各種差異。例如,廠商A可能采用低滲透性材料,使電感值逐步改變。但這種方案需要更多的介電層。因此,較之采用高滲透率材料、下降更劇烈的廠商B,A將有更高的DCR,B的DCR較低。

本文的目的是給出一些能夠用于實(shí)際情況的相關(guān)信息,也向系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和元件采購工程師介紹了在元件選擇過程中,應(yīng)該向元件生產(chǎn)商索取的必要數(shù)據(jù)。