yaoxuanzeheshidediangan，jiuxuyaochongfenlejiedianganxingneng
，yijixiangyaodadaodeneibudianluxingnengshiyizenyangdefangshiyugongyingshangshujubiaozhongdexinxixiangguanliande。ciwenweijingyanfengfudegonglvzhuanhuanzhuanjiahefeizhuanyerenyuanjiangjiedianganmuluhediangandezhongyaoguige。

 

 

介紹

DC-DC轉換器的使用越來越普遍了。由於電子係統越來越小型化、移動化、複雜化並且越來越受歡迎，功率要求也就變得多樣化了。可用的電池電壓
、要求的工作電壓、尺chi寸cun和he形xing狀zhuang要yao求qiu不bu斷duan地di在zai改gai變bian，這zhe就jiu使shi設she備bei設she計ji人ren員yuan需xu要yao不bu停ting地di尋xun找zhao新xin的de辦ban法fa來lai解jie決jue功gong率lv轉zhuan換huan問wen題ti。產chan品pin所suo提ti出chu的de要yao求qiu往wang往wang需xu要yao通tong過guo改gai進jin性xing能neng和he縮suo小xiao尺chi寸cun來lai滿man足zu
，因yin此ci優you化hua就jiu變bian得de非fei常chang重zhong要yao。對dui於yu功gong率lv轉zhuan換huan，並bing非fei所suo有you應ying用yong都dou能neng采cai用yong“一體適用”。例如，許多實際應用中都需要采用像圖1這樣的薄型元件。

 

圖1：設計輕薄的轉換器需要使用薄形電感
 

除了轉換器批量采購的市場正在增長外，許多電路設計人員現在還會自行設計DC-DC轉換電路，而非依賴電源專業公司，因而更多的電路設計人員可以自己選擇元件。基本的DC-DC轉zhuan換huan電dian路lu是shi非fei常chang成cheng熟shu的de技ji術shu，依yi然ran在zai緩huan慢man地di發fa展zhan，因yin此ci專zhuan業ye作zuo者zhe可ke以yi編bian寫xie出chu實shi用yong的de輔fu助zhu設she計ji資zi料liao，設she備bei設she計ji人ren員yuan則ze可ke以yi借jie助zhu這zhe些xie材cai料liao設she計ji出chu自zi己ji的de轉zhuan換huan器qi。一yi些xie易yi於yu獲huo取qu的de軟ruan件jian也ye可ke以yi簡jian化hua這zhe些xie設she計ji的de過guo程cheng1。

 

在zai確que定ding電dian路lu拓tuo撲pu後hou

，設she計ji的de關guan鍵jian任ren務wu之zhi一yi是shi選xuan擇ze元yuan件jian。很hen多duo電dian路lu設she計ji程cheng序xu可ke以yi列lie出chu所suo要yao求qiu的de元yuan件jian參can數shu值zhi，此ci時shi設she計ji人ren員yuan要yao從cong確que定ding所suo需xu的de電dian感gan值zhi開kai始shi
，最zui終zhong從cong可ke用yong範fan圍wei中zhong選xuan擇ze一yi種zhong元yuan件jian來lai執zhi行xing工gong作zuo。用yong於yuDC-DC轉換器的電感有各種各樣的形狀和尺寸
，圖2和圖3所示為其中的兩種。為了對比不同的類型並選擇對具體應用而言合適的元件

，設計人員必須正確地理解為這些電感公布的規格。

 

圖2：用扁平線繞製的E形鐵芯電感

 

圖3：采用堅固結構的磁屏蔽型模壓電感，用於高密度電路
 

DC-DC轉換器要求

簡而言之
，DC-DC轉換器的功能就是在給定的輸入電壓下提供穩定的直流輸出電壓。要在不超出給定的負載電流範圍和/或輸入電壓範圍的前提下調節直流輸出電壓，通常都需要使用轉換器。理想情況下，直流輸出是“純淨”de，jiwenbodianliuhuowenbodianyakongzhizaiguidingshuipingzhinei。ciwai
，jianggonglvcongdianyuanchuanshudaofuzaideguochengyebixushixianguidingdexiaolvjibie。yaoshixianzhexiemubiao，gonglvdiangandexuanzeshiyigezhongyaodebuzhou。

 

功率電感參數

電感性能可以用幾個數字來說明。表1一份典型的電感數據表，這些數據描述了一個用於DC-DC轉換器中的表麵貼裝功率電感。

 

表1：典型電感目錄的摘錄2

 

 

a、電感值在1MHz
、0.1Vrms下測得

 

b
、Isat為電感值下降30%時的典型值

 

c、Irms為引起40℃溫升時的典型值

 

d、所有參數均在25℃下測得

 

定義

L—電感值：電感的主要功能參數
，通過轉換器設計公式計算得出，用以確定電感處理輸出功率和控製紋波電流的能力。

 

DCR—直流電阻：元件的電阻，取決於所使用的繞線銅線的長度和直徑。

 

SRF—自諧頻率：電感線圈的電感值與其分布電容產生共振的頻率點。

 

Isat—飽和電流：通過電感時導致鐵芯飽和，致使電感值下降的電流。

 

Irms—均方根電流：連續地通過電感
，引起允許的最大溫升的電流。

 

要(yao)正(zheng)確(que)地(di)使(shi)用(yong)額(e)定(ding)值(zhi)就(jiu)必(bi)須(xu)理(li)解(jie)它(ta)們(men)是(shi)如(ru)何(he)得(de)來(lai)的(de)。由(you)於(yu)數(shu)據(ju)表(biao)不(bu)可(ke)能(neng)顯(xian)示(shi)所(suo)有(you)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)性(xing)能(neng)，因(yin)而(er)就(jiu)有(you)必(bi)要(yao)了(le)解(jie)額(e)定(ding)值(zhi)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)是(shi)如(ru)何(he)變(bian)化(hua)的(de)。

 

電感值（L）

電感值是實現所需電路功能的主要參數，也是大多數設計過程中第一個要計算的參數。該值是以提供一定的最小能量存儲量（或伏特-微秒容量）並bing減jian少shao輸shu出chu電dian流liu紋wen波bo為wei標biao準zhun來lai計ji算suan的de。如ru果guo使shi用yong的de電dian感gan值zhi小xiao於yu計ji算suan結jie果guo，會hui增zeng加jia直zhi流liu輸shu出chu的de交jiao流liu紋wen波bo。使shi用yong太tai大da或huo太tai小xiao的de電dian感gan值zhi都dou可ke能neng迫po使shi轉zhuan換huan器qi在zai連lian續xu與yu非fei連lian續xu運yun行xing模mo式shi之zhi間jian變bian化hua。

 

公差

大多數DC-DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)對(dui)電(dian)感(gan)公(gong)差(cha)沒(mei)有(you)特(te)別(bie)嚴(yan)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)。對(dui)於(yu)大(da)多(duo)數(shu)元(yuan)件(jian)來(lai)說(shuo)

，選(xuan)擇(ze)標(biao)準(zhun)公(gong)差(cha)的(de)產(chan)品(pin)合(he)乎(hu)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)，並(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)。表(biao)1的電感公差為±20%，該公差適用於大多數轉換器。

 

測試條件

■ 電壓。額定電感值應說明所采用的頻率和測試電壓。大多數目錄額定電感值是基於“小”正弦電壓。對於電感供應商來說，這是最容易實現並且最便於重複應用的方法，並且適於得出大多數應用的電感值。

 

■ 波形。正弦電壓是標準的儀表測試條件
，通常它能很好地確保得到的電感值與設計公式計算出的電感值匹配。

 

■ 測試頻率。大多數功率電感在20kHz~500kHz的範圍內變化不大，因此常用的比較合適的做法是使用基於100kHz的de額e定ding值zhi。必bi須xu記ji住zhu的de是shi，隨sui著zhe頻pin率lv增zeng加jia，電dian感gan值zhi最zui終zhong會hui減jian小xiao。這zhe種zhong現xian象xiang的de原yuan因yin可ke能neng來lai自zi所suo使shi用yong鐵tie芯xin材cai料liao的de頻pin率lv滾gun降jiang特te性xing，也ye可ke能neng來lai自zi線xian圈quan電dian感gan值zhi與yu其qi分fen布bu電dian容rong共gong振zhen。由you於yu大da多duo數shu轉zhuan換huan器qi在zai50kHz~500kHz的範圍內工作
，因此100kHz是合適的標準測試頻率。當開關頻率增加到500kHz、1MHz及以上，考慮使用基於實際應用頻率的額定值就更為重要了。

 

電阻

直流電阻（DCR）

DCR隻是電感所使用銅線的一個量度

，嚴格基於銅線直徑和長度。目錄中指定的該值通常為“最大值”，但(dan)也(ye)可(ke)以(yi)指(zhi)定(ding)帶(dai)公(gong)差(cha)的(de)標(biao)稱(cheng)值(zhi)。第(di)二(er)種(zhong)方(fang)法(fa)通(tong)過(guo)給(gei)出(chu)標(biao)稱(cheng)值(zhi)或(huo)預(yu)期(qi)電(dian)阻(zu)，可(ke)能(neng)更(geng)具(ju)指(zhi)導(dao)性(xing)，但(dan)同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)不(bu)必(bi)要(yao)地(di)收(shou)緊(jin)規(gui)格(ge)，因(yin)為(wei)產(chan)品(pin)的(de)電(dian)阻(zu)太(tai)小(xiao)總(zong)不(bu)會(hui)有(you)壞(huai)處(chu)。

 

跟通常為銅材的線圈材料的電阻率一樣，DCR也隨著溫度的變化而變化。DCR額定應考慮環境測試溫度


，這是很重要的。銅電阻溫度係數約為每攝氏度+0.4%3。因此，所示的最大額定值為0.009歐的產品在85℃下相應的最大額定值為0.011歐，隻差2毫歐
，但總變化卻有25%。預期DCR與溫度間的關係如圖4所示。

 

圖4：基於25℃下最大0.009Ω Max的預期直流電阻
 

交流電阻

此參數一般不會在電感數據表中表示，它通常不是需要考慮的問題
，除非工作頻率或電流的交流成分比直流成分大。

 

由於集膚效應，大多數電感線圈的電阻隨工作頻率的增大而增大。如果交流或紋波電流相對於平均或直流電流要小，那麼DCR是一個很好的電阻損耗度量標準。集膚效應隨銅線直徑和頻率的變化而變化3，因此，要包含此數據，就需要給出目錄所列的每一電感的完整頻率曲線。

 

圖5：美國線規22號圓銅線的交流電阻/直流電阻
 

這對低於500kHz的大多數應用來說都是不必要的。從圖5可以看出，在低於約200kHzdepinlvxia
，jiaoliudianzubunengyuzhiliudianzuxiangbi。jishigaoyuzhegepinlv，ruguojiaoliudianliububizhiliuchengfendadehua
，jiaoliudianzuyebingbugouchengwenti。raner

，ruguopinlvgaoyu200-300kHz，建議的做法就是向供應商索取損耗與頻率關係的信息，作為對所公布的信息的補充。

 

如果要盡量縮小元件的尺寸，設計人員應選擇電阻盡可能大的元件。通常情況下

，減小DCR意味著必須使用較粗的銅線，總體尺寸就可能比較大。因此，優化DCR選擇就是要在功率效率、元件允許的壓降和元件尺寸之間進行權衡。

 

參考

1、Switchers Made Simple,an Expert System for theAutomated Design of DC to DC Converters usingSimple Switcher Power Converters Version 4.1,National Semiconductor.

2、Magnetics for RF,power,filter and dataapplications,p32,Coilcraft Inc, Cary,IL,USA,June2013.

3
、Reference Data for Radio Engineers 6th Edition,Howard W. Sams & Co., Inc, Indianapolis, Indiana,USA,1975.