怎么為開關電源選擇合適的電感

電感又稱扼流圈，其特征是流過的電流具有“大的慣性”。 換句話說，因為磁通量的連續性，電感上的電流必須是連續的。 電壓峰值變大。 電感是磁元件，當然存在磁飽和的問題。 電感飽和是可以接受的，而在一些應用中，電感可以從某一電流值飽和并且在某些應用中，電感可以不飽和并且必須和具體布線區分。

在大多數情況下，電感作用于“線性區域”，但是在這種情況下，電感值恒定，不會因端子電壓和電流而變化。 然而，開關電源存在不容忽視的問題。 即，感應線圈引起兩個分布參數(或寄生參數)，一個引起不可幸免的線圈電阻，另一個引起線圈工藝，引起和材料相關的分散雜散電容。

浮置電容在低頻下不動作，但隨著頻率的增加而逐漸出現，當頻率成為某一值以上時，電感成為電容特性。 當浮置電容集中于一個電容時，從電感等效電路可知出現在某一頻率上的電容特性。

分析線路中電感的動作狀況或制作電壓、電流波形圖時，請考慮以下特征

1 .當電流I流過電感器l時，電感器蓄積能量如下

E=0.5×L×I2(1)

2 .開關周期中的電感電流的變化(脈動電流峰值)和電感兩端電壓的關系

V=(L×di)/dt(2)

由此可知，紋波電流的大小和電感值有關。

3 .為了使電容器具有充放電電流，電感器也有充放電電壓的過程。 電容器的電壓和電流的積分( as )成比例，電感的電流和電壓的積分( vs )成比例。 電感電壓變化時，電流變化率di/dt也變化，正向電壓使電流直線上升，反向電壓使電流直線下降。

計算正確的電感值對于選擇適當的電感和輸出電容器來獲得小輸出電壓波動特別重要。

從圖1可知，流過開關電源的電感器的電流由交流電和直流電兩個成分構成，交流電的成分具有高頻率，因此通過輸出電容器流入地面，產生對應的輸出紋波電壓dv=di×RESR。 為了完量降低脈動電壓，不影響電源系統的正常工作，一般要求峰值為10mV~500mV。

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圖1 :開關電源的感應電流。

脈動電流的大小也影響電感器和輸出電容器的尺寸，脈動電流一般設定為大輸出電流的10%~30%，因此在降壓型電源中，流過電感器的電流的峰值比電源輸出電流大5%~15%。

降壓型開關電源的電感選擇

為降壓型開關電源選擇電感器時，需要決策大輸入電壓、輸出電壓、電源開關頻率、大脈動電流、占空比。 以圖2為例說明降壓型開關電源的電感值的計算，首先假定開關頻率為300kHz，輸入電壓范圍為12V±10%，輸出電流為1A，大紋波電流為300mA。

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圖2 :降壓型開關電源的電路圖。

大輸入電壓值為13.2V，對應的占空比如下所示

D=Vo/Vi=5/13.2=0.379(3)

其中，Vo是輸出電壓，Vi是輸出電壓。 打開開關管后，電感器的電壓如下所示

V=Vi-Vo=8.2V(4)

開關管斷開時，電感器的電壓如下所示

V=-Vo-Vd=-5.3V(5)

dt=D/F(6)

在式2中代入式2/3/6時

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升壓型開關電源的電感選擇

關于升壓型開關電源的電感值的計算，除了占空比和電感電壓的關系式發生變化以外，和降壓型開關電源的計算方式相同。

以圖3為例進行計算時，若設開關頻率為300kHz、輸入電壓范圍為5V±10%、輸出電流為500mA、效率為80%，則大脈動電流為450mA，和占空比對應

D=1-Vi/Vo=1-5.5/12=0.542(7)

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圖3 :升壓型開關電源的電路圖。

打開開關管后，電感器的電壓如下所示

V=Vi=5.5V(8)

開關管斷開時，電感器的電壓如下所示

V=Vo+Vd-Vi=6.8V(9)

在式2中代入式6/7/8時

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請注意，升壓電源和降壓電源不同，前者的負載電流并非始終以電感電流供給。 當開關導通時，感應電流經由開關管接地，并且從輸出電容器供應負載電流。 因此，對于輸出電容器，需要足以在其間供給負載所需的電流的存儲電容器。 但是，開關管斷開時，不僅負載中流過電感器的電流，輸出電容器也會充電。

通常，電感值越大，輸出變動越小，但電源的動態響應也越差，所以電感值的選擇可以根據電路的具體應用要求來調整，以獲得佳效果。

滿足了開關頻率的提高導致電感值減小、電感物理尺寸減小、電路板空間節約、開關電源現在高頻進展、電子產品體積越來越小的要求。