高頻DC-DC轉(zhuǎn)換器中的電感器性能

隨著開(kāi)關(guān)頻率增加到1 MHz以上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電感器性能的問(wèn)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(duì)優(yōu)點(diǎn)，但考慮電路應(yīng)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(lái)非常高，例如，高于1 MHz。如此之高，實(shí)際上，這將強(qiáng)烈暗示，由于預(yù)期的ESR造成的非常高的損耗，該部分不能或不應(yīng)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(shí)際轉(zhuǎn)換器中的性能非常好-遠(yuǎn)比這些曲線所建議的要好。

考慮以下示例：

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

假設(shè)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(yùn)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。

對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，平均電感器電流等于負(fù)載電流0.3A。

我們可以計(jì)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?cè)? MHz下運(yùn)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(shè)R = 10歐姆，那么電感器中的功率損耗應(yīng)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(gè)非常簡(jiǎn)單的示例，似乎很明顯，設(shè)計(jì)人員不應(yīng)選擇使用這樣的組件。

根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換器實(shí)際上可以達(dá)到比ESR曲線所預(yù)測(cè)的更好的性能。

以下解釋說(shuō)明了為什么實(shí)際性能可能比ESR曲線所預(yù)測(cè)的要好得多。

圖2顯示了一個(gè)可能的降壓轉(zhuǎn)換器波形的非常簡(jiǎn)化的版本。在這種情況下，假設(shè)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(duì)較小。

編輯：hfy