開關(guān)電源電感器的選用

開關(guān)電源一直以來(lái)都是電源業(yè)的主要產(chǎn)品。但是，隨著全球?qū)Ω吣苄Мa(chǎn)品需求的不斷增加，傳統(tǒng)上采用更廉價(jià)但低能效的線性電源市場(chǎng)也將轉(zhuǎn)向采用開關(guān)電源。在這一過渡時(shí)期，電源業(yè)為提高開關(guān)頻率而不懈努力，以滿足客戶對(duì)功率更大、占用空間更小的電源的要求。這種發(fā)展趨勢(shì)為開關(guān)電源開啟了新的市場(chǎng)，并使部分設(shè)計(jì)工程師面臨市場(chǎng)對(duì)開關(guān)電源設(shè)計(jì)的需求。
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(diǎn)。所舉實(shí)例適合超薄型表面貼裝設(shè)計(jì)的應(yīng)用，像電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）和負(fù)載點(diǎn)（POL）型電源，但不包括基于更大底板的系統(tǒng)。
圖1  典型的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源
圖1所示為一個(gè)降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(shí)，電流開始通過這個(gè)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(shí)間變化量，再除以這個(gè)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(dá)到預(yù)定的電壓或電流限值時(shí)，控制集成電路將開關(guān)斷開，從而使電感周圍的磁場(chǎng)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(jìn)行，而開關(guān)的次數(shù)由控制集成電路來(lái)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(gè)開關(guān)循環(huán)周期內(nèi)，流過電感器和其它降壓拓?fù)潆娐?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/元件">元件上的電壓和電流波形。
圖2   采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源的開關(guān)動(dòng)作波形圖
電感值對(duì)于在開關(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?yàn)樨?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：