在DC-DC轉(zhuǎn)換器中,電感器是僅次于IC的核心元件。通過(guò)選擇恰當(dāng)?shù)碾姼衅鳎軌颢@得較高的轉(zhuǎn)換效率。在選擇電感器時(shí)所使用的主要參數(shù)有電感值、額定電流、交流電阻、直流電阻等,在這些參數(shù)中還包括功率電感器特有的概念。例如,功率電感器的額定電流有兩種,它們之間的差異是什么呢?
為了回答這樣的疑問(wèn),我們?cè)谶@里對(duì)功率電感器的額定電流進(jìn)行說(shuō)明。
存在兩種額定電流的原因
功率電感器的額定電流有"基于自我溫度上升的額定電流"和"基于電感值的變化率的額定電流"兩種決定方法,分別具有重要的意義。"基于自我溫度上升的額定電流"是以元件的發(fā)熱量為指標(biāo)的額定電流規(guī)定,超出該范圍使用時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致元件破損及組件故障。
與此同時(shí),"基于電感值的變化率的額定電流"是以電感值的下降程度為指標(biāo)的額定電流規(guī)定,超出該范圍使用時(shí)可能會(huì)由于紋波電流的增加而導(dǎo)致IC控制不穩(wěn)定。 此外,根據(jù)電感器的磁路構(gòu)造的不同,磁飽和的傾向(即電感值的下降傾向)有所不同。圖1是表示不同磁路構(gòu)造所導(dǎo)致的電感值的變化的示意圖。對(duì)于開(kāi)磁路類型,隨著直流電流的增加,到規(guī)定電流值為止呈現(xiàn)比較平坦的電感值,但以規(guī)定電流值為境界電感值急劇下降。相反,閉磁路類型隨著直流電流的增加,透磁率的數(shù)值逐漸減少,因此電感值緩慢下降。
功率電感規(guī)格書(shū)中對(duì)額定電流參數(shù)僅注明介質(zhì)的飽和電流Isat值。
小常識(shí):Isat與rms的區(qū)別
Isat與Irms是我們工程人員常常會(huì)碰到的技術(shù)術(shù)語(yǔ),但因有些客戶的問(wèn)題,時(shí)常將兩者混淆,造成工程技術(shù)上的錯(cuò)誤。Isat與Irms兩者分別表示什么,中文又是指什么? Isat與Irms兩者如何定義,它們與那些因素有關(guān)?我們?cè)陔姼性O(shè)計(jì)時(shí),如何定義?
Isat:指磁介質(zhì)的飽和電流,在下圖B-H曲線中,是指磁介質(zhì)達(dá)到Bm對(duì)應(yīng)的Hm所需的DC電流量的大小,對(duì)于電感,即電感下降到一定比例后的電流大小,如SRI1207-4R7M產(chǎn)品,電感下跌20%的電流為8.4A,則Isat=8.4A。Isat計(jì)算公式如下:
設(shè)截面積為S、長(zhǎng)為l,磁導(dǎo)率為μ的鐵環(huán)上,繞以緊密的線圈N匝,線圈中通過(guò)的電流為I。則依磁路定律:
Hl/0.4π=NI=0.7958Hl
對(duì)于同一材質(zhì)及呎吋的鐵芯Hl依B-H曲線進(jìn)行變化,但在同一斜率下,Hl是不變的,因此:
N1*I1=Hl/0.4π=N2*I2
即:
N1/N2=I2/I1
Irms:指電感產(chǎn)品的應(yīng)用額定電流,也稱為溫升電流,即產(chǎn)品應(yīng)用時(shí),表面達(dá)到一定溫度時(shí)所對(duì)應(yīng)的DC電流。
以下是以2520系列中的4.7uH疊層功率電感為例對(duì)比說(shuō)明業(yè)界目前對(duì)電感器額定電流Irat、飽和電流Isat以及溫升電流Irms標(biāo)識(shí)狀況。
疊層功率電感(鐵氧體大電流電感)參數(shù)比對(duì)表
現(xiàn)狀會(huì)誤導(dǎo)工程師選型,產(chǎn)生隱患;
目前有相當(dāng)部分疊層功率電感生產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品額定電流規(guī)格都是沿用傳統(tǒng)信號(hào)濾波處理用疊層電感額定電流標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義,其根據(jù)電感的溫升電流值來(lái)定義其額定工作電流。這種情況下產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師往往會(huì)按照傳統(tǒng)功率電感選型經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)供應(yīng)商電感規(guī)格書(shū)上定義的額定電流值來(lái)衡量其實(shí)際電路中的額定工作電流,這樣一來(lái)很可能會(huì)導(dǎo)致因電感飽和電流低于電路的實(shí)際工作電流,會(huì)存在如下隱患:
A). 電感實(shí)際工作時(shí)因電流過(guò)大導(dǎo)致飽和,引起電感量下降幅度過(guò)大造成電流紋波超出后級(jí)電路最大允許規(guī)格范圍造成電路干擾,從而無(wú)法正常工作甚至損壞;
B).電路中實(shí)際工作電流超過(guò)電感的飽和電流有可能會(huì)因電感飽和電感量下降產(chǎn)生機(jī)械或電子噪音;
C).電路中實(shí)際工作電流超過(guò)電感的飽和電流會(huì)導(dǎo)致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負(fù)載時(shí)輸出電壓&電流不穩(wěn)定,造成其它單元電路系統(tǒng)死機(jī)等不穩(wěn)定異常情形;
D).電感額定電流(包括飽和和溫升電流)選擇余量不足會(huì)導(dǎo)致其工作時(shí)表面溫度過(guò)高、整機(jī)效率降低、加速電感本身或整機(jī)老化使其壽命縮短.