电源适配器电感器(扼流圈)的设计

 新闻资讯     |      2020-03-02 15:28
 电源适配器电感器(扼流圈)的设计
当15W电源适配器需要连续工作模式时,在整个负载电流范围内流过电感的电流不能为零。因此,电感必须承受直流电流分量,电源适配器的电感必须设计成扼流圈。
优良的扼流圈,在AC电压应力和直流偏置的情况下,仍具有较低且相对恒定的感应系数。般扼流圈的磁心可以采用带气隙的铁氧体磁心,或者采用各种铁磁性合金粉末合成磁心,包括铁粉芯或坡莫合金(一种镍铁合金)。这种铁粉芯由磁粉和树脂构成,内有均匀分布的气隙。电感值由公式计算,扼流圈的设计必须保证电流达到规定峰值电流(110% Ion)时扼流圈不饱和。
Buck调整器的最大电流范围由扼流圈的设计、功率成分的额定值、公式确定的直流损耗与交流损耗来决定。为了实现连续工作模式,最小电流不能小于额定值lon的10%。若小于这个值,负载调整将会稍微变差。
若设计电源适配器保证电感磁心不饱和,则根据式确定的电感可以承受比规定的更高的直流输出电流。这样,Buck调整器最大电流的唯一限制是式确定的直流和交流损耗。根据式确定的电感的最小电流限制是当电流小于lon(min)时,电感将进入不连续模式且负载调整将会变差。
大部分的工业(90%)需要较大的负载范围,因此需要相对大的扼流圈,这有可能不能满足。然而,电源适配器设计者可以采取某些折中的办法来灵活选择磁心。如果扼流圈选择的较小(如式所确定的值的一半),则电感会在电流等于额定电流的1/5(而非1/10)时就进入不连续模式。这将使负载调整稍微变差,所对应的最小电流值提高但由于选用的电感值较小负载瞬变时,Buk调整器的响应较快
 
12w电源适配器输出电容
   输出电容Co的选择必须满足一些特性的要求。Co并非理想电容,它可等效为寄生电阻R。和电感L与其理想纯电容Co的串联 。R称为等效串联电阻(ESR)L称为等效串联电感(ESL)。一般的,如果考虑串联扼流圈L的纹波电流幅值,我们总希望这个纹波电流的大部分分量流入输出电容C。因此输出电压的纹波由输出滤波电容C等效串联电阻R。(ESR)和等效串联电感L(ESL)决定。
对于低频纹波电流,L可以忽略,输出纹波主要由R和C决定。
注释:实际的转变频率与电容器的设计有关,并且电容器的生产水平不断改善。转变频率一般大于500kHz
 
因此,大约低于500kHz时,L可以被忽略。Co一般是大电解电容,因此在开关频率处,由C产生的纹波电压分量小于由R产生的纹波电压分量。因此在中频段,对于一阶系统,输出纹波接近等于L4的交流纹波电流乘以R。。
 
有两个分别由Ro和Co决定的纹波分量。由R决定的纹波分量与(l2-l1)(电感斜坡电流峰一峰值)成正比,而由C决定的纹波分量与流过C电流的积分成正比,两者相位不同。但考虑最恶劣的情况,假设它们同相叠加。
 
为估算这些纹波分量并选择电容,必须要知道Rn的值,而电容厂家很少直接给出该值。但从一些电源适配器厂家的产品目录可以认定,对很大范围内不同电压等级不同容值的常用铝电解电容,其RC的值近似为常数,为。
 
补充:低ESR的电解电容已投入使用,ESR值由电源适配器厂家提供。如果选择低ESR的电容,那么在下面的计算中将使用较低的ESR值。    

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