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開關電源中電感的作用
發布時間:2022-03-17 06:00:06
來源: 環安電氣有限公司


電(dian)感是(shi)閉合回(hui)路(lu)的(de)一種(zhong)屬(shu)性(xing),即當通(tong)過閉合回路的電流改變時,會出(chu)現(xian)電動(dong)勢來(lai)抵(di)抗電流的改變。電感(gan)的"通直阻交"特性,讓(rang)其(qi)在電路中能(neng)夠發(fa)揮(hui)巨大的作(zuo)用。在板卡中,電感多(duo)被用在儲能、濾波(bo)、延(yan)遲和振蕩(dang)等(deng)幾(ji)個方麵,是保(bao)障(zhang)板(ban)卡穩定(ding)、安(an)全(quan)運行的重要元件。常見(jian)的有功率(lv)電感、貼片(pian)電感等等。

電感是開(kai)關(guan)電源中常用的元(yuan)件(jian),由(you)於(yu)它的電流(liu)、電壓相(xiang)位(wei)不(bu)同(tong),所以理(li)論上損耗為零(ling)。電感常為(wei)儲(chu)能元件,也常與電容一起用在輸(shu)入濾波和輸出濾(lv)波電路上,用來平(ping)滑電流。電感也被稱為扼(e)流圈,特(te)點(dian)是流過(guo)其上(shang)的電流有(you)"很(hen)大的慣性".換(huan)句話(hua)說,由於磁(ci)通連續特性,電感上的電流必須是連(lian)續的,否則(ze)將(jiang)會產生很大(da)的電壓尖峰。

電感為磁性元件,自然有磁飽和的問(wen)題(ti)。有的應(ying)用允許電感飽(bao)和,有的應用允許電感從一(yi)定電流值開始進入(ru)飽和,也有的應用(yong)不允許電感出現飽和(he),這要(yao)求(qiu)在具(ju)體線路中進(jin)行區分。大多數情(qing)況(kuang)下(xia),電感工作在"線(xian)性區",此(ci)時(shi)電感值為一常數(shu),不隨(sui)著端電壓(ya)與電流而(er)變化。但(dan)是,開關電源(yuan)存(cun)在一個(ge)不可忽視(shi)的問題,即(ji)電感的繞線將導致(zhi)兩個分布(bu)參數(或寄(ji)生(sheng)參(can)數),一個是不可(ke)避免(mian)的繞(rao)線電阻,另一個是與繞製工(gong)藝、材料有關的分布式(shi)雜散(san)電容。雜散電容(rong)在低(di)頻時影(ying)響(xiang)不大,但隨頻(pin)率的提(ti)高而漸(jian)顯出來,當頻率高(gao)到某個值以上時,電感也(ye)許(xu)變(bian)成電容特性了。如(ru)果將雜散電容"集中"為一個電容,則從電感的等效(xiao)電路可以看出在某(mou)一頻率後(hou)所(suo)呈(cheng)現的電容特性。

當(dang)分(fen)析(xi)電感在線路中(zhong)的工作狀況或者(zhe)繪製電壓電流波形圖時,不妨(fang)考慮(lv)下麵(mian)幾個特點:

1. 當電感L中有電流I流過時,電感儲存的能量為: E=0.5LI2 (1)

2. 在一個開關周(zhou)期中,電感電流的變化(hua)(紋(wen)波電流峰峰值)與(yu)電感兩(liang)端(duan)電壓的關係為: V=(Ldi)/dt (2) ,由此可看出,紋波電流的大小跟(gen)電感值有關。

3. 就像電容有充(chong)、放電電流一樣(yang),電感器也有充、放電電壓過程。電容上的電壓與電流的積(ji)分(安·秒)成正(zheng)比,電感上的電流與電壓的積分(伏(fu)·秒)成正(zheng)比。隻要電感電壓變化,電流變化率di/dt也將變化;正向電壓使電流線性上升,反(fan)向電壓使電流線性下降。

如圖1:開關電源中的電感電流

紋波電流的大小同樣會(hui)影響電感器和輸出電容的尺(chi)寸(cun),紋波電流一般設定為最大輸出電流的10%~30%,因(yin)此對(dui)降壓型電源來說(shuo),流過電感的電流峰值比(bi)電源輸出電流大5%~15%.

計算(suan)出正確(que)的電感值對選(xuan)用合適的電感和輸出電容以獲得最小的輸出電壓紋波而言非常重(zhong)要。

從圖(tu)1可以看出,流過開關電源電感器的電流由交流和直(zhi)流兩種分量(liang)組(zu)成,因為交流分量具有較(jiao)高的頻率,所以它會通過輸出電容流入地,產(chan)生相應的輸出紋波電壓dv=diRESR.這個紋波電壓應盡可能低,以免影響電源係(xi)統(tong)的正常操(cao)作,一般要求峰(feng)峰值(zhi)為10mV~500mV.


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