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高頻DC-DC轉(zhuǎn)換器中的電感器性能

發(fā)布時間:2021-10-15 責任編輯:lina

【導讀】隨著開關(guān)頻率增加到1 MHz以上,經(jīng)常會出現(xiàn)電感器性能的問題。雖然可以根據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)比較特定電感器的相對優(yōu)點,但考慮電路應用最為重要。

 

隨著開關(guān)頻率增加到1 MHz以上,經(jīng)常會出現(xiàn)電感器性能的問題。雖然可以根據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)比較特定電感器的相對優(yōu)點,但考慮電路應用最為重要。


例如,考慮ESR與頻率的關(guān)系曲線。在許多情況下,初步觀察表明電阻看起來非常高,例如,高于1 MHz。如此之高,實際上,這將強烈暗示,由于預期的ESR造成的非常高的損耗,該部分不能或不應該在該頻率下使用。但是,已經(jīng)觀察到,具有此類曲線的零件在實際轉(zhuǎn)換器中的性能非常好-遠比這些曲線所建議的要好。


考慮以下示例:


假設需要一個轉(zhuǎn)換器,以0.3 A(1.5 W)的電壓提供5 V的輸出。


假設我們將使用提供10μH的Coilcraft電感器。圖1顯示了該部分的典型ESR與頻率的關(guān)系。


如果轉(zhuǎn)換器以250 kHz的頻率運行,我們可以從圖中看到,包括交流和直流電阻在內(nèi)的ESR約為0.8歐姆。


高頻DC-DC轉(zhuǎn)換器中的電感器性能


對于降壓轉(zhuǎn)換器,平均電感器電流等于負載電流0.3A。


我們可以計算出電感的損耗:


I2R =(0.3A)2×(0.8q)= 0.072W。


0.072 W÷1.5 W =電感中損失了大約5%的輸出功率。


但是,如果我們在5 MHz下運行相同的轉(zhuǎn)換器,則從ESR曲線可以看出R介于10歐姆和20歐姆之間。如果我們甚至假設R = 10歐姆,那么電感器中的功率損耗應為:


I2R =(0.3A)2×(10≤∑)= 0.9W。


0.9 W÷1.5 W =電感器中有60%的輸出功率損耗!


根據(jù)這個非常簡單的示例,似乎很明顯,設計人員不應選擇使用這樣的組件。


根據(jù)我們的經(jīng)驗,轉(zhuǎn)換器實際上可以達到比ESR曲線所預測的更好的性能。


以下解釋說明了為什么實際性能可能比ESR曲線所預測的要好得多。


圖2顯示了一個可能的降壓轉(zhuǎn)換器波形的非常簡化的版本。在這種情況下,假設電感器電流是連續(xù)的,并且紋波電流與平均電流相比相對較小。


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