DC-DC電路常常被你“忽略”的電感

來(lái)源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

電感常常被理解為開(kāi)關(guān)電源輸出端中的LC濾波電路中的L（C是其中的輸出電容）。雖然這樣理解是正確的，但是為了理解電感的設(shè)計(jì)就必須更深入的了解電感的行為。

在降壓轉(zhuǎn)換中（Fairchild典型的開(kāi)關(guān)控制器），電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率切換連接到輸入電壓或GND。

在狀態(tài)1過(guò)程中，電感會(huì)通過(guò)（高邊“high-side”）MOSFET連接到輸入電壓。在狀態(tài)2過(guò)程中，電感連接到GND。由于使用了這類(lèi)的控制器，可以采用兩種方式實(shí)現(xiàn)電感接地：通過(guò)二極管接地或通過(guò)（低邊“l(fā)ow-side”）MOSFET接地。如果是后一種方式，轉(zhuǎn)換器就稱(chēng)為“同步（synchronus）”方式。

現(xiàn)在再考慮一下在這兩個(gè)狀態(tài)下流過(guò)電感的電流是如果變化的。在狀態(tài)1過(guò)程中，電感的一端連接到輸入電壓，另一端連接到輸出電壓。對(duì)于一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓必須比輸出電壓高，因此會(huì)在電感上形成正向壓降。相反，在狀態(tài)2過(guò)程中，原來(lái)連接到輸入電壓的電感一端被連接到地。對(duì)于一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓必然為正端，因此會(huì)在電感上形成負(fù)向的壓降。

我們利用電感上電壓計(jì)算公式：

V=L(dI/dt)

因此，當(dāng)電感上的電壓為正時(shí)（狀態(tài)1），電感上的電流就會(huì)增加；當(dāng)電感上的電壓為負(fù)時(shí)（狀態(tài)2），電感上的電流就會(huì)減小。通過(guò)電感的電流如圖2所示：

通過(guò)上圖我們可以看到，流過(guò)電感的最大電流為DC電流加開(kāi)關(guān)峰峰電流的一半。上圖也稱(chēng)為紋波電流。根據(jù)上述的公式，我們可以計(jì)算出峰值電流：

其中，ton是狀態(tài)1的時(shí)間，T是開(kāi)關(guān)周期（開(kāi)關(guān)頻率的倒數(shù)），DC為狀態(tài)1的占空比。

警告：上面的計(jì)算是假設(shè)各元器件（MOSFET上的導(dǎo)通壓降，電感的導(dǎo)通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降）上的壓降對(duì)比輸入和輸出電壓是可以忽略的。

電感磁芯的飽和度

通過(guò)已經(jīng)計(jì)算的電感峰值電流，我們可以發(fā)現(xiàn)電感上產(chǎn)生了什么。很容易會(huì)知道，隨著通過(guò)電感的電流增加，它的電感量會(huì)減小。這是由于磁芯材料的物理特性決定的。電感量會(huì)減少多少就很重要了：如果電感量減小很多，轉(zhuǎn)換器就不會(huì)正常工作了。當(dāng)通過(guò)電感的電流大到電感實(shí)效的程度，此時(shí)的電流稱(chēng)為“飽和電流”。這也是電感的基本參數(shù)。

實(shí)際上，轉(zhuǎn)換電路中的開(kāi)關(guān)功率電感總會(huì)有一個(gè)“軟”飽和度。要了解這個(gè)概念可以觀察實(shí)際測(cè)量的電感VsDC電流的曲線(xiàn)：

當(dāng)電流增加到一定程度后，電感量就不會(huì)急劇下降了，這就稱(chēng)為“軟”飽和特性。如果電流再增加，電感就會(huì)損壞了。

注意：電感量下降在很多類(lèi)的電感中都會(huì)存在。例如：toroids，gapped E-cores等。但是，rodcore電感就不會(huì)有這種變化。

有了這個(gè)軟飽和的特性，我們就可以知道在所有的轉(zhuǎn)換器中為什么都會(huì)規(guī)定在DC輸出電流下的最小電感量；而且由于紋波電流的變化也不會(huì)嚴(yán)重影響電感量。在所有的應(yīng)用中都希望紋波電流盡量的小，因?yàn)樗鼤?huì)影響輸出電壓的紋波。這也就是為什么大家總是很關(guān)心DC輸出電流下的電感量，而會(huì)在Spec中忽略紋波電流下的電感量。

今天ROHM也為大家?guī)?lái)ROHM面向工業(yè)市場(chǎng)的“BD7F系列”隔離型反激式DC/DC轉(zhuǎn)換控制器。這也是ROHM推出的首款隔離型DC/DC電源控制芯片，豐富了它在電源管理領(lǐng)域的產(chǎn)品線(xiàn)分布，為客戶(hù)提供更為廣泛的選擇。

“BD7F系列”控制器三大特色

1、盡量去掉光電耦合器，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，減少零部件數(shù)量。

ROHM開(kāi)發(fā)的去光耦DC/DC轉(zhuǎn)換控制器電路

自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制的效果

2、通過(guò)自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制技術(shù)，能夠改善負(fù)載響應(yīng)的特性。

通過(guò)負(fù)載補(bǔ)償糾正二極管壓降

3、通過(guò)負(fù)載補(bǔ)償糾正輸出特性，能夠保證在重負(fù)載的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平穩(wěn)。這是ROHM獨(dú)有的技術(shù)。

審核編輯黃昊宇