电感应用痛点+ 工业自动化 工业电源模块

工业自动化设备的电路设计工作中,经常要使用到DCDC电源电路。DCDC电路的设计调试生产中,都需要用到电感。 DC-DC即直流-直流转换器,输入是直流电压,输出也是直流电压。DC-DC有升压型[boost]降压型buck和升降压型buck-boost。

DC-DC电路设计中对电感的选择就会给硬件工程师带来许多挑战,不仅要选择电感值,还要考虑电感可承受的电流,绕组的电阻,机械尺寸等。因此只有充分理解电感在电路中的作用才能更优的设计DC-DC电路。


DC-DC电路设计中功率电感主要看感值、直流电阻、饱和电流、温升电流、测试频率、尺寸等几个参数。

痛点1: 电感量L

L越大,储能能力越强,纹波越小,所需的滤波电容也就小。但是L越大,通常要求电感尺寸也会变大。
选择电感首先就是确定电感量。在相同的开关峰值电流条件下,电感值越大,功率输出的能力就越大, 电压输出纹波就越小;但是电感量越大,其DCR会更大、饱和电流会更小,需要均衡考虑。

痛点2: 自谐频率f0(测试频率)由于电感中存在寄生电容,使得电感存在一个自谐振频率。超过此F0是,电感表现为电容效应,低于此F0,电感才表现为电感效应。(阻抗随频率增大而增加。

测试频率是指测试电感值的一个频率,很多工程师都觉得电感值和频率是没关系的,但实际上不同频率下的电感值还是有差异的,大多数电感的测试频率越高,感值就越高;所以在选择功率电感时也要清楚产品的应用频率和电感的测试频率,满足开关频率下的特性要求,如果相差太大,就有可能出现电感实际应用感值和规格感值不同的情形。

痛点3:内阻DCR:

指电感的直流阻抗。该内阻造成I2R的能量损耗,造成DC-DC降低效率,同时也是导致电 感发热的主要原因。DCR增加,导致DC-DC效率降低。相应的电感成本也会增加。

直流电阻就是电感导体本身的阻值,是在直流状态下测量出来的电阻,电感的直流电阻越小越好。电阻越小,能量损失越小。

痛点4:饱和电流Isat:通常指电感量下降30%时对应的DC电流值。

饱和电流是在电感上加一特定量的直流偏压电流, 使电感的电感值相对未加电流时的电感值下降30% (有些厂家会把饱和电流定义为电感下降10%或20%,在选择不同厂家电感进行比较时需要注意这一点。),这个直流偏压电流就叫该电感的饱和电流,饱和电流值是越大越好。饱和电流越大,功率输出能力越大。

痛点5:温升电流Irms:通常指是电感表面温度上升到40度时的等效电流值。

温升电流是在电感上加一特定量的直流偏压电流,使电感本体温度相对未加电流时的温度上升不超过40℃(该温度需稳定30分钟以上且不再继续上升),这个直流偏压电流就叫该电感的温升电流,温升电流值也是越大越好。也有些厂家会分别给出温度上升20℃和40℃的电流值,甚至会给出温升电流曲线。

痛点6:机械尺寸

在满足设计参数标准的条件下,怎么得到最优的尺寸。如果没有特殊要求,建议尽量选择较为通用的尺寸,以便于兼容不同厂商的产品。

实际的设计工作中,在给定的的标称电感下,考虑以下限制因素最终决定电感的选型:

1、电感自谐频率f0需10倍于开关频率Fsw以上;

2、饱和电流Isat和有效电流Irms中较低的一个需是DC-DC额定电流输Irate的1.3倍以上;

3、DCR越低越好;

4、叠层电感比绕线电感好(损耗小);

5、带屏蔽的电感比不带屏蔽的电感好。(改善EMI)

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