低功耗電源的電感選擇
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
電感參數(shù)
磁感應(yīng)強(qiáng)度B在正激開關(guān)電路中可以由下式表示：
Bpk = Eavg/(4×A×N×f)
式中Bpk為尖峰交流通流密度(Teslas)；Eavg為每半周期平均交流電壓；A為磁芯橫截面積(平方米)；N為線圈匝數(shù)；f為頻率(赫茲)。
一般來講，磁性材料制造商會評估磁芯的額定電感系數(shù)－AL。通過AL可以很容易的計算出電感量。
L = N2AL
其中AL與磁性材料的摻雜度成正比，也與磁芯的橫截面積除以磁路長度成正比。磁芯的總損耗等于磁芯的體積乘以Bpk乘以頻率，單位為瓦特/立方米。其與制造材料與制造工藝息息相關(guān)。
磁芯損耗測試設(shè)備
測試電感性能的最有效方法就是將被測試電感放置在最終開關(guān)電源電路上，然后對此電路的效率進(jìn)行測量。但是，這種測試方法需要有最終電路，不易采用?，F(xiàn)在，有一種相對簡單的測試方法，可以在設(shè)計開關(guān)電源前對電感的磁芯損耗進(jìn)行測試(在其設(shè)定的開關(guān)頻點(diǎn)上)。首先，將磁芯串連放置在低損耗電容介質(zhì)上(比如鍍銀云母)。然后，用一系列共振模驅(qū)動。其中介質(zhì)的電容值需要與被測電感的開關(guān)頻率一致。最后采用網(wǎng)絡(luò)分析儀來完成整個測試過程(信號發(fā)生器加上一個射頻伏特計或者功率計也可以完成測試)。測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 測試測試剖面圖
在諧振點(diǎn)，低損耗的磁芯可以看成L-C共振回路。此時損耗可以等效為一個純阻元件(包括線圈損耗和磁芯損耗)。在上面的測試設(shè)備中，端子A和R都連接著50Ω電阻。此設(shè)備的開路(不包括電感)等效為150Ω負(fù)載的振蕩器。在網(wǎng)絡(luò)分析儀上可以表示為：
20×Log(A/R) = 20×Log(50/150) = -9.54 dB
在這個測試電路中，諧振電容為2000pF，被測電感大概為2.5mH～2.8mH，測試頻率為1kHz。其中，磁性材料的滲透率是一個與頻率有關(guān)的非線性函數(shù)，在更高的頻點(diǎn)上，測試結(jié)果有可能不同。
磁芯損耗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
一個相對磁導(dǎo)率為125mr的單層鐵鎳鉬薄片磁芯，外圍纏繞10/44的多芯電線16匝，另一個雙層250摻雜度的鎳鐵鉬磁粉芯，外圍纏繞10/44的多芯電線8匝。電感量測試值分別為2.75mHy 和 2.78mHy。第一個電感雖然是16匝，但是橫截面積是第二個電感的一半。在相同振幅信號的驅(qū)動下，這兩個電感的損耗都很高。等效電阻分別為360Ω 和300Ω。相對的，另一個電感(2.5mHy)采用Micrometals公司的非常低的摻雜材料(羰基T25-6 ，相對磁導(dǎo)率為 8.5)。10/44多芯電線34匝。在同樣的驅(qū)動信號下，他的等效損耗電阻為22000Ω。
結(jié)語
對于低功耗開關(guān)電源的電感選取有許多特殊注意之處。對于低功耗、高效率的開關(guān)電源設(shè)計，一般的器件資料或者選型表提供的參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通常的電感都是鐵氧體磁芯(非低損耗材料)，必將逐步在低功率、高效率的應(yīng)用中淘汰。一種相對簡單的電感損耗測試設(shè)備可以在設(shè)計的頻點(diǎn)測試電感的損耗，對比不同電感的性能。
當(dāng)設(shè)計需要選取低損耗電感時，應(yīng)選取低摻雜度材料來獲得低的磁場強(qiáng)度參數(shù)-B。并選擇低損耗的磁芯或考慮采用多芯電線。并且，最好采用芯片公司推薦的磁性元件，或者向?qū)I(yè)的磁材料專家請教，以便能夠滿足特定的需求。
參考文獻(xiàn)：
1. Globus and Duplex, IEEE Trans. Magn (1966) 441 and other papers by the same authors
2. Jiles and Atherton: Theory of Ferromagnetic Hysteresis Journal of Magnetism and Magnetic Materials 61 (1986) 48-60
3. Roshen. Journal of Applied Physics 101 09M522 May 2007
評論