開關(guān)電源的電感參數(shù)計算

根據(jù)客戶和市場要求，電源產(chǎn)品多數(shù)需要滿足一定的寬輸入電壓范圍，或?qū)捿敵鲭妷悍秶?，亦或者寬輸入輸出電壓范圍。例如，輸入電壓范?0VAC ~ 264VAC、輸出12V – 24V。對于研發(fā)的設(shè)計者，該如何計算參數(shù)呢？對比單點輸入輸出電壓的電源設(shè)計增加了不少難點。

這里介紹三種基本拓?fù)銪UCK、BOOST、BUCK-BOOST的寬輸入電壓固定輸出電壓的開關(guān)電源的電感參數(shù)計算，也就是在寬輸入電壓范圍內(nèi)，應(yīng)該選擇哪個電壓點來計算電感的參數(shù)，使得這個電感能滿足所有輸入電壓的工況。以下均基于CCM模式進(jìn)行討論。

BUCK拓?fù)?/p>

首先，我們需要知道BUCK輸出電流Io等于電感電流的平均值IL，即Io=IL，這是因為電壓L與輸出端直接連在一起的。電感的紋波電流為:

該式可以演變?yōu)椤鱅/toff=Uo/L，因為固定輸出Uo不變，可以知道△I/toff是一個定值，那么當(dāng)輸入電壓Ui升高時，根據(jù)Uo=Ui×D，可知D變小，也就是關(guān)斷時間toff變長，所以，此時△I也變大了。而電感的峰值電流Ip=IL+△I/2,也就是Ip=Io+△I/2，因而，在輸入電壓最高時，電感的峰值電流最大，也就是正常工作下最惡劣的工況，所以BUCK拓?fù)涞碾姼性O(shè)計應(yīng)該在最高輸入電壓點進(jìn)行設(shè)計。

BUCK-BOOST拓?fù)?/p>

跟BUCK一樣，在MOS管Q1關(guān)斷時，加在電感L上的電壓等于Uo，所以電感的紋波電流計算公式與BUCK一樣，重寫如下：

根據(jù)BUCK部分所述，輸入越高，toff越大，△I越大，換句話講，也就是輸入越低，占空比D越大，△I越小。

但它的輸出電流Io與電感平均電流IL卻不是相等關(guān)系，而是IL=Io/(1-D)，也就是當(dāng)D趨近于1時，IL最大。而當(dāng)輸入電壓最低時，占空比D最大，所以此時IL最大。電感峰值Ip=IL+△I/2，IL與D成正相關(guān)，△I與D成負(fù)相關(guān)，那么Ip隨D增大而增大還是減??？這取決于IL與△I關(guān)于D的變化趨勢誰大。如下圖所示（其中，電感紋波電流△I一般取電感平均電流的0.2~0.4倍，這里取0.4），顯然IL的變化趨勢更大（當(dāng)然這個也可以通過數(shù)學(xué)的求導(dǎo)可解得），所以Ip隨D的增大而增大，也就是在輸入電壓最低時，電感峰值電流最大。所以BUCK-BOOST應(yīng)該在輸入電壓最低點進(jìn)行電感參數(shù)計算。

BOOST拓?fù)?/p>

與BUCK和BUCK-BOOST都不同，BOOST的電感電流紋波計算公式如下：

對于BOOST的電感平均電流與BUCK-BOOST一樣，這里重寫如下：

同樣，這里也需要討論IL與△I對電感峰值電流Ip的影響情況（其中，電感紋波電流△I一般取電感平均電流的0.2~0.4倍，這里去0.4）。如下圖所示，可知，IL對Ip的影響更大，所以，BOOST拓?fù)鋺?yīng)該在輸入電壓最低點時進(jìn)行電感參數(shù)計算。

其實對于其他的拓?fù)淙绶醇?、單管正激、推挽、半橋、全橋等，都是以上三種基礎(chǔ)拓?fù)涞难苌負(fù)洌绶醇ね負(fù)淦浔举|(zhì)就是BUCK-BOOST，它的變壓器也不是真正意義上的變壓器，一些外國書籍更喜歡稱其為扼流器，也就是電感，所以反激拓?fù)涞摹白儔浩鳌痹O(shè)計也是在輸入電壓最低點進(jìn)行計算。而單管正激、推挽、半橋全橋等則是BUCK拓?fù)涞难苌負(fù)?，對于其輸出電感設(shè)計可參考普通BUCK來進(jìn)行。

對于其他寬輸出電壓范圍、或?qū)捿斎雽捿敵鲭妷悍秶碾姼性O(shè)計思路相同，大伙有興趣的可以自個推導(dǎo)。