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電源適配器電感器(扼流圈)的設計

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電源適配器電感器(扼流圈)的設計

15W電源適配器需要連續工作模式時,在整個負載電流范圍內流過電感的電流不能為零。因此,電感必須承受直流電流分量,電源適配器的電感必須設計成扼流圈。
優良的扼流圈,在AC電壓應力和直流偏置的情況下,仍具有較低且相對恒定的感應系數。般扼流圈的磁心可以采用帶氣隙的鐵氧體磁心,或者采用各種鐵磁性合金粉末合成磁心,包括鐵粉芯或坡莫合金(一種鎳鐵合金)。這種鐵粉芯由磁粉和樹脂構成,內有均勻分布的氣隙。電感值由公式計算,扼流圈的設計必須保證電流達到規定峰值電流(110% Ion)時扼流圈不飽和。
Buck調整器的最大電流范圍由扼流圈的設計、功率成分的額定值、公式確定的直流損耗與交流損耗來決定。為了實現連續工作模式,最小電流不能小于額定值lon的10%。若小于這個值,負載調整將會稍微變差。
若設計電源適配器保證電感磁心不飽和,則根據式確定的電感可以承受比規定的更高的直流輸出電流。這樣,Buck調整器最大電流的唯一限制是式確定的直流和交流損耗。根據式確定的電感的最小電流限制是當電流小于lon(min)時,電感將進入不連續模式且負載調整將會變差。
大部分的工業(90%)需要較大的負載范圍,因此需要相對大的扼流圈,這有可能不能滿足。然而,電源適配器設計者可以采取某些折中的辦法來靈活選擇磁心。如果扼流圈選擇的較小(如式所確定的值的一半),則電感會在電流等于額定電流的1/5(而非1/10)時就進入不連續模式。這將使負載調整稍微變差,所對應的最小電流值提高但由于選用的電感值較小負載瞬變時,Buk調整器的響應較快

12w電源適配器輸出電容
圖中輸出電容Co的選擇必須滿足一些特性的要求。Co并非理想電容,它可等效為寄生電阻R。和電感L與其理想純電容Co的串聯,如圖所示。R稱為等效串聯電阻(ESR)L稱為等效串聯電感(ESL)。一般的,如果考慮串聯扼流圈L的紋波電流幅值,我們總希望這個紋波電流的大部分分量流入輸出電容C。因此輸出電壓的紋波由輸出濾波電容C等效串聯電阻R。(ESR)和等效串聯電感L(ESL)決定。
對于低頻紋波電流,L可以忽略,輸出紋波主要由R和C決定。
注釋:實際的轉變頻率與電容器的設計有關,并且電容器的生產水平不斷改善。轉變頻率一般大于500kHz

因此,大約低于500kHz時,L可以被忽略。Co一般是大電解電容,因此在開關頻率處,由C產生的紋波電壓分量小于由R產生的紋波電壓分量。因此在中頻段,對于一階系統,輸出紋波接近等于L4的交流紋波電流乘以R。。

有兩個分別由Ro和Co決定的紋波分量。由R決定的紋波分量與(l2-l1)(圖中電感斜坡電流峰一峰值)成正比,而由C決定的紋波分量與流過C電流的積分成正比,兩者相位不同。但考慮最惡劣的情況,假設它們同相疊加。

為估算這些紋波分量并選擇電容,必須要知道Rn的值,而電容廠家很少直接給出該值。但從一些電源適配器廠家的產品目錄可以認定,對很大范圍內不同電壓等級不同容值的常用鋁電解電容,其RC的值近似為常數,為

補充:低ESR的電解電容已投入使用,ESR值由電源適配器廠家提供。如果選擇低ESR的電容,那么在下面的計算中將使用較低的ESR值。


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| 發布時間:2019.01.12    來源:電源適配器廠家
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