電感L1 - 200W開關(guān)電源功率級設(shè)計(jì)方案

　　在講述的設(shè)計(jì)中，通過L1的波紋電流的振幅被選定為輸入電流的20%。在這種選擇下，電感可以根據(jù)下列等式(5) 計(jì)算∶

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　　給出的電感差不多是1mH。當(dāng)RMS電流等於RMS輸入電流時(shí)，L1的峰值電流是

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　　在這個(gè)電流和5A/mm2的電流密度下，所需的銅線截面積約為0.58mm2。 由於高頻電流僅為輸入電流的20%，趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)不是很明確。三或四條細(xì)電線并聯(lián)總面積能夠達(dá)到所需面積就足夠了。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，使用了三根直徑為0.5mm的電線，電流密度略低於5A/mm2。L1 的磁環(huán)尺寸根據(jù)被稱為磁環(huán)區(qū)域乘積Ap確定，即有效磁性截面積和繞組面積(骨架)的乘積。這個(gè)乘積很容易證明是

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　　其中ACu是銅線面積，Bpeak 是飽和磁通密度(對於大多數(shù)鐵氧體，≤0.35T)。fCu是銅填充因子，對於簡單電感，約為0.5;對於含有幾個(gè)線圈的變壓器，約為0.4。確定這些數(shù)據(jù)後，L1的Ap需求值是

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　　基於慣例，對大多數(shù)磁環(huán)，磁性截面積和繞組面積非常相近，需要的磁環(huán)面積為

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　　因此，對於我們的應(yīng)用，一個(gè)合適的磁環(huán)的Ae約為122mm2。雖然，要找到此磁截面的磁芯并不難，但電感的高度由於應(yīng)用要求被限制在25mm。因此，經(jīng)過一番對磁環(huán)和筒管規(guī)格說明書仔細(xì)搜索之後，選擇了EER3542，它的Ae為107mm2，AW為154mm2，得到AP約為16500mm4。

　　其中AL，0是無氣隙磁芯的AL(查磁芯規(guī)格書)，有氣隙的磁芯的AL是1mH/1242=65nH。如果後兩個(gè)值的單位是nH，Ae 的單位是mm2，那麼氣隙長度s 的單位是毫米。在這次設(shè)計(jì)中，氣隙長度約2 毫米。

　　3.3 Q1和D1

　　因?yàn)樽罡哳~定輸入電壓是265VRMS，Q1的最大漏極電壓為500V 似乎足夠了。但是建議使用一個(gè)額定電壓為600V的MOSFET，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)顯示這個(gè)600V MOSFET，能夠承受浪涌測試，根據(jù)無損壞IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)，而500V類型則需要額外的浪涌電壓限制器。同樣，這對於Boost二極管也是有效的。這是因?yàn)殡娊赓|(zhì)電容C5能夠吸收大量能量，保護(hù)一個(gè)600V 器件，而不是500V器件。Q1和D1的峰值電流和通過L1 的峰值電流是相同的，即4.5A，而Q1的RMS 電流為∶

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　　D1的RMS 電流為∶

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　　尤其對於MOSFET，低功耗和峰值電流是選擇某些器件的重要考慮因素。

　　經(jīng)過一番計(jì)算，選擇了一個(gè)最大RDSon約為0.45Ω@100℃的SuperFetTM FCP16N60。Q1 的總功耗分成傳導(dǎo)功耗和開關(guān)功耗。傳導(dǎo)功耗如下∶

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　　開關(guān)損耗進(jìn)一步分為，由於源漏電容(加上寄生電容的，例如L1 和PCB)放電導(dǎo)致的功耗和由於開關(guān)過程中電流和電壓重疊帶來的功耗，以及D1反向恢復(fù)帶來的功耗。所有這三項(xiàng)都無法確切了解，但可以根據(jù)下面的表達(dá)式估計(jì)∶

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　　FCP16N60的COSS,eff是110pF，而雜散電容Cext估計(jì)為150pF。50ns的交叉時(shí)間tcrossover 是一個(gè)合理的估計(jì)值，并且得到測量確認(rèn)。二極管反向恢復(fù)導(dǎo)致的功耗預(yù)計(jì)為2W。最終，Q1 的總功耗是∶

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