開關電源電感的基本要點的選取

　開關電源電感器是開關電源設備的重要元器件，它是利用電磁感應的原理進行工作的。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。

　　圖1所示為一個降壓拓撲結構開關電源的架構，該構架廣泛應用于輸出電壓小于輸入電壓的開關電源系統(tǒng)。在典型的降壓拓撲結構電路中，當開關(Q1)閉合時，電流開始通過這個開關流向輸出端，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。由于流過負載電阻RL的電流穩(wěn)定增加，輸出電壓成正比增大。

　　圖1：典型的降壓拓撲結構電源

　　在達到預定的電壓或電流限值時，開關電源控制集成電路將開關斷開，從而使電感周圍的磁場衰減，并使偏置二極管D1正向導通，從而繼續(xù)向輸出電路供給電流，直至開關再度接通。這一循環(huán)反復進行，而開關的次數由控制集成電路來確定，并將輸出電壓調控在要求的電壓值上。圖2所示為在若干個開關循環(huán)周期內，流過電感器和其它降壓拓撲電路元件上的電壓和電流波形。

　　圖2：采用降壓拓撲結構的開關電源的開關動作波形圖

　　電感值對于在開關電源開關斷開期間保持流向負載的電流很關鍵。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，仍能夠為負載供應足夠的電流。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電源整個運行條件的最小電感值，對參數值的選擇必須能夠保證在各項參數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值范圍內。而針對降壓型開關電源，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節(jié)功能所需的最低電感值。設計者可以按照自己所習慣的方式，對這些數值進行控制，以達到最差條件成立的狀態(tài)。

　　圖3：典型的降壓電源系統(tǒng)技術規(guī)格

　　按照表1中所列出的數據，最小電感值計算如下：

　　L1(min)=Vo(min)(1-Vo(min)/(Vin(min)-Von))/(f(min)·dI)

　　L1(min)=4.95V(1-4.95V/(20V-0.7V))/(693，000Hz * 0.5A)

　　L1(min)=10.6mh

　　因此，在開關電源這一具體應用中，電感器的電感值至少為10.6 mh，而其電流額定值也要在最低的20安培的工作電流之上，并保持足夠的安全系數。而如果選擇一個電感值低于此最小值的電感器，就將導致降壓變換器可能無法在最大電流下將其輸出電壓保持在規(guī)定范圍內。

　　將電感值確定以后，實際電感器的設計必須符合相關電氣標準、系統(tǒng)尺寸和安裝方式等限制。許多磁性元件供應商均提供各種型號的標準產品，可滿足絕大多數的設計標準要求。但是，在設計中采用現貨供應的標準產品，有可能導致電感器的性能和尺寸方面有所不足，并可能最終對產品的銷售造成不利影響。而幸運的是，一些供應商能夠提供必要的定制工程設計支持，以滿足將特定電感值、電氣性能和外形限制要求結合在一款完全成熟的產品上，促進設計的最優(yōu)化。充分利用了業(yè)界的專業(yè)技術，從而最大程度地縮短了設計和測試的時間，加速開關電源產品的上市。