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電感和升壓比對最大輸出電流的影響
文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2024/7/16 14:44:00
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本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

・受電感紋波電流影響,流過(guò)低邊開(kāi)關(guān)的電流會(huì )大于輸入電流。這導致可輸出的最大電流減小。

・紋波電流的大小會(huì )隨電感值而變化,電感值越大,最大輸出電流就越大。

・注意:受直流疊加特性影響,電感值會(huì )隨著(zhù)電感電流的增加而減小,并使電感電流的峰值提高,更快達到過(guò)流限制值,使最大輸出電流降低。

目錄

流過(guò)電感的電流和升壓比對最大輸出電流的影響
電感值對最大輸出電流的影響
注意電感值的精度和直流疊加特性導致的電感值減小
第二個(gè)主題是“電感和最大輸出電流”。
• 低邊開(kāi)關(guān)的最大電流和可輸出的最大輸出電流
• 電感和升壓比對最大輸出電流的影響
• 輸入輸出電壓和器件常數對最大輸出電流的影響

流過(guò)電感的電流和升壓比對最大輸出電流的影響

在上一個(gè)主題中,我們假設電感紋波電流是最大輸入電流的30%,但電感紋波電流的值會(huì )受開(kāi)關(guān)頻率、電感值、輸入電壓和輸出電壓(嚴格地講,還取決于是二極管整流還是同步整流)的影響。下面我們根據所使用的器件和使用條件來(lái)計算一下電感紋波電流的值。要想使計算準確,就需要考慮到器件精度、各種導通損耗、壓降損耗等因素,不過(guò)這次我們會(huì )在沒(méi)有器件誤差、沒(méi)有損耗的理想狀態(tài)下進(jìn)行估算。

在沒(méi)有負載波動(dòng)的穩定狀態(tài)下,電感紋波電流在低邊開(kāi)關(guān)導通期間的電流增加量與高邊開(kāi)關(guān)導通期間的電流減少量相同,平均電流保持恒定。該電流增減量和電流變化的P-P值就是電感紋波電流值。因此,需要計算出在低邊開(kāi)關(guān)導通期間內電感電流增加了多少。

首先,要想確定低邊開(kāi)關(guān)的導通時(shí)間,需要根據開(kāi)關(guān)頻率Fsw計算出一個(gè)周期的時(shí)間,并根據VIN、VOUT的升壓比計算出導通時(shí)間的比率,最終計算出導通時(shí)間TON。

電感電流變化量ΔI與時(shí)間和施加電壓成正比,與電感值成反比,ΔI=T×V÷L,因此通過(guò)計算ΔI,即可求出紋波電流IRIPPLE。

當VIN、VOUT、Fsw條件恒定時(shí),紋波電流IRIPPLE與電感值L成反比。電感值不像電阻那樣能以E24之類(lèi)的精度標準來(lái)選型,只能以E6程度的標準來(lái)選型,因此需要選擇紋波電流接近目標值的電感器。最大開(kāi)關(guān)電流減去按所選電感計算出的紋波電流IRIPPLE的1/2后得到的值,即為最大輸入電流IIN。最大輸出電流IOUT與轉換效率η和升壓比VOUT÷VIN成反比,其計算公式如下:

但是,如果產(chǎn)品除了開(kāi)關(guān)電流的最大值之外,還對輸入電流的最大值等有電流限制規定,則在估算最大輸出電流時(shí)需要包括該規定。

電感值對最大輸出電流的影響

對于電感值固定為恒定值的電源產(chǎn)品而言,相位補償是按該恒定值設計的,因此相關(guān)常數可能無(wú)法更改。但是,如果可用的電感值范圍較大,則低邊開(kāi)關(guān)的電流限制大多限于峰值電流限制,因此可輸出的最大輸出電流值將因所選的電感值而異。例如,當在VIN=2.4V、VOUT=9.0V的條件下使用開(kāi)關(guān)電流限制值為1.5A、開(kāi)關(guān)頻率為600kHz、推薦電感值為10μH至22μH的產(chǎn)品時(shí),使用10μH電感時(shí)的最大輸出電流IOUT1為:

使用22μH電感時(shí)的最大輸出電流IOUT2為:

可見(jiàn)電感值越大,支持的輸入電流越大,最大輸出電流也越大。

對于峰值電流限制功能而言,減小電感值會(huì )減小最大輸出電流,因此在電流不足的情況下,可以通過(guò)增大電感值來(lái)增加電流。但是,需要注意的是,雖然最大電流會(huì )增加,但由于V÷L,電感電流增減的電流變化速度會(huì )變慢,因此如果負載電流的變化速度很快,則負載瞬態(tài)響應特性(增加或減少電感電流以跟隨負載電流的變化)會(huì )變差,所以在負載波動(dòng)很大的情況下存在弊端。

另外,如果電感值過(guò)大,受升壓型轉換器特有的“右半平面零點(diǎn)”的不穩定因素影響,電源的負反饋控制會(huì )變得不穩定,甚至可能會(huì )引發(fā)振蕩。

注意電感值的精度和直流疊加特性導致的電感值減小

前面的計算是在電感沒(méi)有誤差的條件下進(jìn)行的,但實(shí)際上電感是有誤差的,并且最大輸出電流會(huì )隨著(zhù)誤差導致的電感紋波電流的增加而減小。另外,電感器具有“直流疊加特性”,也就是當提高電流時(shí),磁芯材料的磁飽和會(huì )導致相對磁導率降低,從而使電感值減小。在最大負載時(shí),由于電感電流增加會(huì )使電感值變小、電感紋波電流的電流增加速度(V/L)變快(波形變陡峭),峰值很快就會(huì )達到限流值,輸入電流減小至IIN3,最終導致可能無(wú)法確保預期的最大輸出電流。

所以不能僅根據電感器技術(shù)規格書(shū)上的額定電流值來(lái)選擇電感器。必須預先確認精度+直流疊加特性,確保實(shí)際使用條件下即使在最大負載時(shí),電感值也不會(huì )對峰值電流產(chǎn)生明顯影響,并確認最大輸出電流沒(méi)有問(wèn)題。

 
 
 
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