如何為便攜式系統選擇電容和電感元件

由上式可知,輸出電流較高時,低頻或直流損耗占主導地位;輸出電流較低時,交流損耗占主導地位。ΔI是轉換器的峰峰值紋波電流,在連續傳導工作模式中,輸出電流高和低時其幅度都一樣。由數學計算可知,I=600MA時,電感總體損耗的91%是直流損耗;I=50mA時,電感總體損耗的93%是交流損耗。

圖4a (ESR) 和 4b (Q)給出了廠商A(低 ESR,高Q值)和廠商B(高ESR,低Q值)的電感,還顯示了采用這些電感(圖4c) 的2MHz轉換器的效率曲線。從這些數據判斷,即使廠商A有較高的DCR,它也能在輕負載下提供更高的效率。

根據應用的不同,可以選擇屏蔽式或非屏蔽式電感器。一般而言,屏蔽式電感用于那些必須滿足嚴格的EMI規范的便攜式應用。

最后但絕非不重要的是,按照生產方式的不同,有兩類電感器。第一類是傳統的繞線線圈式(Wire Wound coil)電感,另一類是較新式的芯片電感。芯片電感憑其尺寸和高度方面的優勢使用正日益廣泛。PCB裝配時的安裝速度也是芯片(多層)電感生產商大肆宣傳的優點之一。在選擇開關解決方案時,系統設計人員必須考慮到芯片電感的某些關鍵規格。電感和直流電流的關系隨溫度的變化是線圈式電感和芯片電感有顯著不同的一個主要參數。圖5顯示了繞線線圈電感和芯片電感的橫截面示意圖。

從圖 6可看到,一般來說,線圈式電感的電感-直流電流及溫度關系曲線在飽和電流之前很平坦。在飽和電流之后,則隨電流變化出現急劇下降。典型地,ISAT在85 ?C 時比25 ?C時要低10％到20%。

25 ?C時,芯片電感有一個高于額定值的初始電感值。一旦電流增大,芯片電感就開始下降。因此,大多數情況下,額定ISAT的定義不適用于芯片電感。規定了溫度上升的額定rms電流也決定了芯片電感的額定電流。電感值隨溫度下降,不隨直流電流下降,是芯片電感的另一個特性。

關于實際的電感值,系統設計人員必須謹慎選擇正確的電感,并按照規格說明書找到最小的電感值。電感選擇不正確會影響到穩定性,引起次諧波振蕩(sub-harmonic oscillations),和/或降低開關的額定輸出電流。與陶瓷電容的情況相同,設計人員應當主要關注實際工作情況中的電感值,而非額定電感值。

如何為磁性降壓轉換器選擇電感的額定電流呢？如果電感的額定IRMS大于所需輸出電流,最容易的方法是選擇額定值大于或等于開關的最大電流限值的ISAT。不過,正如我們在芯片電感中看到的,我們必須搜尋滿足穩定性和輸出電流要求的最小電感值。選擇較高值的芯片電感(比如用3.3μH代替2.2μH) 來滿足電感要求是不可行的,因為對相同外殼尺寸的電感器,電感值越高,其下降就越劇烈。

此外,芯片電感廠商間存在著各種差異。例如,廠商A可能采用低滲透性材料,使電感值逐步改變。但這種方案需要更多的介電層。因此,較之采用高滲透率材料、下降更劇烈的廠商B,A將有更高的DCR,B的DCR較低。

本文的目的是給出一些能夠用于實際情況的相關信息,也向系統設計人員和元件采購工程師介紹了在元件選擇過程中,應該向元件生產商索取的必要數據。