如何為便攜式系統(tǒng)選擇電容和電感元件

選擇電感

為便攜式電源應用選擇電感，需要考慮的最重要的三點是：尺寸大小、尺寸大小，第三還是尺寸大小。移動電話的電路板面積十分緊俏珍貴，隨著MP3 播放器、電視和視頻等各種功能被增加到電話中時，尤其如此。功能增加也將增加電池的電流消耗量。因此，以前一直由線性調節(jié)器供電或直接連接到電池上的模塊需要效率更高的解決方案。實現(xiàn)更高效率解決方案的第一步是采用磁性降壓轉換器。正如其名稱所暗示的，這時需要一個電感。

電感的主要規(guī)格除尺寸大小外，還有開關頻率下的電感值、線圈的直流阻抗(DCR)、額定飽和電流、額定rms電流、交流阻抗(ESR)以及Q因子。根據應用的不同，電感類型的選擇――屏蔽式或非屏蔽式――也是很重要的。

類似于電容中的直流偏置，廠商A的2.2μH電感可能與廠商B的完全不同。在相關溫度范圍內電感值與直流電流的關系是一條非常重要的曲線，必需向廠商索取。在這條曲線上可以查到額定飽和電流(ISAT)。ISAT一般定義為電感值降量為額定值的30%時的直流電流。某些電感生產商沒有規(guī)定ISAT。他們可能之給出了溫度高于環(huán)境溫度40 ?C時的直流電流。

DCR引起傳導損耗，在輸出電流較高時影響效率。ESR隨工作頻率的提高而增加，在輸出電流較小時影響占主導地位的開關損耗。ESR與Q因子成正比。相同頻率下，低ESR電感的Q因子更高。在電感滿足所有其它規(guī)格時，為什么系統(tǒng)設計人員還應考慮ESR和Q因子呢？

當開關頻率超過2MHz時，必需格外關注電感的交流損耗。規(guī)格說明書中列出比較的不同廠商的電感的ISAT和DCR在開關頻率下可能有極為不同的交流阻抗，導致輕負載下顯著的效率差異。這一點對提高便攜式電源系統(tǒng)中電池的壽命至為重要，因為系統(tǒng)大部分的時間是處于睡眠、待機或低功率模式下的。

由于電感生產廠商很少提供ESR和Q因子信息，設計人員應該主動向他們索取。廠商給出的電感與電流關系也往往只限于25 ?C，故應該索取工作溫度范圍內的相關數(shù)據。最壞情況一般是85 ?C。

圖3給出了各種電感的交流阻抗與頻率的關系?？紤]一個降壓轉換器的例子，其規(guī)格參數(shù)如下：FSW=2MHz，VIN=5.5V，L=2.2 μH，VOUT=1.5V，I=0 到600MA，ΔI=289MA (計算值)。

參見圖3，2.2μH額定電感在低頻下的DCR為0.2Ω，2MHz下的ESR為1Ω。電感引起的直流損耗和交流損耗可用下式計算：

DC損耗=I2×DCR

AC損耗=(dΔI2)/12×ESR

由上式可知，輸出電流較高時，低頻或直流損耗占主導地位；輸出電流較低時，交流損耗占主導地位。ΔI是轉換器的峰峰值紋波電流，在連續(xù)傳導工作模式中，輸出電流高和低時其幅度都一樣。由數(shù)學計算可知，I=600MA時，電感總體損耗的91%是直流損耗；I=50mA時，電感總體損耗的93%是交流損耗。