低功耗電源的電感選擇
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
電感參數
磁感應強度B在正激開(kāi)關(guān)電路中可以由下式表示：
Bpk = Eavg/(4×A×N×f)
式中Bpk為尖峰交流通流密度(Teslas)；Eavg為每半周期平均交流電壓；A為磁芯橫截面積(平方米)；N為線(xiàn)圈匝數；f為頻率(赫茲)。
一般來(lái)講，磁性材料制造商會(huì )評估磁芯的額定電感系數－AL。通過(guò)AL可以很容易的計算出電感量。
L = N2AL
其中AL與磁性材料的摻雜度成正比，也與磁芯的橫截面積除以磁路長(cháng)度成正比。磁芯的總損耗等于磁芯的體積乘以Bpk乘以頻率，單位為瓦特/立方米。其與制造材料與制造工藝息息相關(guān)。
磁芯損耗測試設備
測試電感性能的最有效方法就是將被測試電感放置在最終開(kāi)關(guān)電源電路上，然后對此電路的效率進(jìn)行測量。但是，這種測試方法需要有最終電路，不易采用?，F在，有一種相對簡(jiǎn)單的測試方法，可以在設計開(kāi)關(guān)電源前對電感的磁芯損耗進(jìn)行測試(在其設定的開(kāi)關(guān)頻點(diǎn)上)。首先，將磁芯串連放置在低損耗電容介質(zhì)上(比如鍍銀云母)。然后，用一系列共振模驅動(dòng)。其中介質(zhì)的電容值需要與被測電感的開(kāi)關(guān)頻率一致。最后采用網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)完成整個(gè)測試過(guò)程(信號發(fā)生器加上一個(gè)射頻伏特計或者功率計也可以完成測試)。測試設備的結構如圖2所示。
圖2 測試測試剖面圖
在諧振點(diǎn)，低損耗的磁芯可以看成L-C共振回路。此時(shí)損耗可以等效為一個(gè)純阻元件(包括線(xiàn)圈損耗和磁芯損耗)。在上面的測試設備中，端子A和R都連接著(zhù)50Ω電阻。此設備的開(kāi)路(不包括電感)等效為150Ω負載的振蕩器。在網(wǎng)絡(luò )分析儀上可以表示為：
20×Log(A/R) = 20×Log(50/150) = -9.54 dB
在這個(gè)測試電路中，諧振電容為2000pF，被測電感大概為2.5mH～2.8mH，測試頻率為1kHz。其中，磁性材料的滲透率是一個(gè)與頻率有關(guān)的非線(xiàn)性函數，在更高的頻點(diǎn)上，測試結果有可能不同。
磁芯損耗實(shí)驗數據
一個(gè)相對磁導率為125mr的單層鐵鎳鉬薄片磁芯，外圍纏繞10/44的多芯電線(xiàn)16匝，另一個(gè)雙層250摻雜度的鎳鐵鉬磁粉芯，外圍纏繞10/44的多芯電線(xiàn)8匝。電感量測試值分別為2.75mHy 和 2.78mHy。第一個(gè)電感雖然是16匝，但是橫截面積是第二個(gè)電感的一半。在相同振幅信號的驅動(dòng)下，這兩個(gè)電感的損耗都很高。等效電阻分別為360Ω 和300Ω。相對的，另一個(gè)電感(2.5mHy)采用Micrometals公司的非常低的摻雜材料(羰基T25-6 ，相對磁導率為 8.5)。10/44多芯電線(xiàn)34匝。在同樣的驅動(dòng)信號下，他的等效損耗電阻為22000Ω。
結語(yǔ)
對于低功耗開(kāi)關(guān)電源的電感選取有許多特殊注意之處。對于低功耗、高效率的開(kāi)關(guān)電源設計，一般的器件資料或者選型表提供的參數是遠遠不夠的。通常的電感都是鐵氧體磁芯(非低損耗材料)，必將逐步在低功率、高效率的應用中淘汰。一種相對簡(jiǎn)單的電感損耗測試設備可以在設計的頻點(diǎn)測試電感的損耗，對比不同電感的性能。
當設計需要選取低損耗電感時(shí)，應選取低摻雜度材料來(lái)獲得低的磁場(chǎng)強度參數-B。并選擇低損耗的磁芯或考慮采用多芯電線(xiàn)。并且，最好采用芯片公司推薦的磁性元件，或者向專(zhuān)業(yè)的磁材料專(zhuān)家請教，以便能夠滿(mǎn)足特定的需求。
參考文獻：
1. Globus and Duplex, IEEE Trans. Magn (1966) 441 and other papers by the same authors
2. Jiles and Atherton: Theory of Ferromagnetic Hysteresis Journal of Magnetism and Magnetic Materials 61 (1986) 48-60
3. Roshen. Journal of Applied Physics 101 09M522 May 2007
評論