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电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)

   日期:2023-04-28     浏览:38    评论:0    
核心提示:根据客户和市场要求,电源产品多数需要满足一定的宽输入电压范围,或宽输出电压范围,亦或者宽输入输出电压范围。例如,输入电压范围90VAC ~ 264VAC、输出12V – 24V。对于研发的设计者,该如

根据客户和市场要求,电源产品多数需要满足一定的宽输入电压范围,或宽输出电压范围,亦或者宽输入输出电压范围。例如,输入电压范围90VAC ~ 264VAC、输出12V – 24V。对于研发的设计者,该如何计算参数呢?对比单点输入输出电压的电源设计增加了不少难点。

这里介绍三种基本拓扑BUCK、BOOST、BUCK-BOOST的宽输入电压固定输出电压的开关电源的电感参数计算,也就是在宽输入电压范围内,应该选择哪个电压点来计算电感的参数,使得这个电感能满足所有输入电压的工况。以下均基于CCM模式进行讨论。

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(1)

  1. BUCK拓扑

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(2)

首先,我们需要知道BUCK输出电流Io等于电感电流的平均值IL,即Io=IL,这是因为电压L与输出端直接连在一起的。电感的纹波电流为:

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(3)

该式可以演变为△I/toff=Uo/L,因为固定输出Uo不变,可以知道△I/toff是一个定值,那么当输入电压Ui升高时,根据Uo=Ui×D,可知D变小,也就是关断时间toff变长,所以,此时△I也变大了。而电感的峰值电流Ip=IL △I/2,也就是Ip=Io △I/2,因而,在输入电压最高时,电感的峰值电流最大,也就是正常工作下最恶劣的工况,所以BUCK拓扑的电感设计应该在最高输入电压点进行设计。

  1. BUCK-BOOST拓扑

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(4)

跟BUCK一样,在MOS管Q1关断时,加在电感L上的电压等于Uo,所以电感的纹波电流计算公式与BUCK一样,重写如下:

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(5)

根据BUCK部分所述,输入越高,toff越大,△I越大,换句话讲,也就是输入越低,占空比D越大,△I越小。

但它的输出电流Io与电感平均电流IL却不是相等关系,而是IL=Io/(1-D),也就是当D趋近于1时,IL最大。而当输入电压最低时,占空比D最大,所以此时IL最大。电感峰值Ip=IL △I/2,IL与D成正相关,△I与D成负相关,那么Ip随D增大而增大还是减小?这取决于IL与△I关于D的变化趋势谁大。如下图所示(其中,电感纹波电流△I一般取电感平均电流的0.2~0.4倍,这里取0.4),显然IL的变化趋势更大(当然这个也可以通过数学的求导可解得),所以Ip随D的增大而增大,也就是在输入电压最低时,电感峰值电流最大。所以BUCK-BOOST应该在输入电压最低点进行电感参数计算。

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(6)

  1. BOOST拓扑

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(7)

与BUCK和BUCK-BOOST都不同,BOOST的电感电流纹波计算公式如下:

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(8)

对于BOOST的电感平均电流与BUCK-BOOST一样,这里重写如下:

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(9)

同样,这里也需要讨论IL与△I对电感峰值电流Ip的影响情况(其中,电感纹波电流△I一般取电感平均电流的0.2~0.4倍,这里去0.4)。如下图所示,可知,IL对Ip的影响更大,所以,BOOST拓扑应该在输入电压最低点时进行电感参数计算。

电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)(10)

其实对于其他的拓扑如反激、单管正激、推挽、半桥、全桥等,都是以上三种基础拓扑的衍生拓扑,例如反激拓扑其本质就是BUCK-BOOST,它的变压器也不是真正意义上的变压器,一些外国书籍更喜欢称其为扼流器,也就是电感,所以反激拓扑的“变压器”设计也是在输入电压最低点进行计算。而单管正激、推挽、半桥全桥等则是BUCK拓扑的衍生拓扑,对于其输出电感设计可参考普通BUCK来进行。

对于其他宽输出电压范围、或宽输入宽输出电压范围的电感设计思路相同,大伙有兴趣的可以自个推导。

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原文链接:http://www.souke.org/news/show-58569.html,转载和复制请保留此链接。
以上就是关于电感的标准电路图(宽输入电压范围的电感设计)全部的内容,关注我们,带您了解更多相关内容。
 
标签: 电感 电压 拓扑
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