電感和升壓比對(duì)最大輸出電流的影響
加入技術(shù)交流群
本文的關(guān)鍵要點(diǎn)
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202407/460990.htm?受電感紋波電流影響，流過(guò)低邊開(kāi)關(guān)的電流會(huì)大于輸入電流。這導(dǎo)致可輸出的最大電流減小。
?紋波電流的大小會(huì)隨電感值而變化，電感值越大，最大輸出電流就越大。
?注意：受直流疊加特性影響，電感值會(huì)隨著電感電流的增加而減小，并使電感電流的峰值提高，更快達(dá)到過(guò)流限制值，使最大輸出電流降低。
目錄
流過(guò)電感的電流和升壓比對(duì)最大輸出電流的影響
電感值對(duì)最大輸出電流的影響
注意電感值的精度和直流疊加特性導(dǎo)致的電感值減小
第二個(gè)主題是“電感和最大輸出電流”。
低邊開(kāi)關(guān)的最大電流和可輸出的最大輸出電流
電感和升壓比對(duì)最大輸出電流的影響
輸入輸出電壓和器件常數(shù)對(duì)最大輸出電流的影響
流過(guò)電感的電流和升壓比對(duì)最大輸出電流的影響
在上一個(gè)主題中，我們假設(shè)電感紋波電流是最大輸入電流的30%，但電感紋波電流的值會(huì)受開(kāi)關(guān)頻率、電感值、輸入電壓和輸出電壓（嚴(yán)格地講，還取決于是二極管整流還是同步整流）的影響。下面我們根據(jù)所使用的器件和使用條件來(lái)計(jì)算一下電感紋波電流的值。要想使計(jì)算準(zhǔn)確，就需要考慮到器件精度、各種導(dǎo)通損耗、壓降損耗等因素，不過(guò)這次我們會(huì)在沒(méi)有器件誤差、沒(méi)有損耗的理想狀態(tài)下進(jìn)行估算。
在沒(méi)有負(fù)載波動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)下，電感紋波電流在低邊開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間的電流增加量與高邊開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間的電流減少量相同，平均電流保持恒定。該電流增減量和電流變化的P-P值就是電感紋波電流值。因此，需要計(jì)算出在低邊開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間內(nèi)電感電流增加了多少。
首先，要想確定低邊開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，需要根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率Fsw計(jì)算出一個(gè)周期的時(shí)間，并根據(jù)VIN、VOUT的升壓比計(jì)算出導(dǎo)通時(shí)間的比率，最終計(jì)算出導(dǎo)通時(shí)間TON。
電感電流變化量ΔＩ與時(shí)間和施加電壓成正比，與電感值成反比，ΔI=T×V÷L，因此通過(guò)計(jì)算ΔI，即可求出紋波電流IRIPPLE。
當(dāng)VIN、VOUT、Fsw條件恒定時(shí)，紋波電流IRIPPLE與電感值L成反比。電感值不像電阻那樣能以E24之類(lèi)的精度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選型，只能以E6程度的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選型，因此需要選擇紋波電流接近目標(biāo)值的電感器。最大開(kāi)關(guān)電流減去按所選電感計(jì)算出的紋波電流IRIPPLE的1/2后得到的值，即為最大輸入電流IIN。最大輸出電流IOUT與轉(zhuǎn)換效率η和升壓比VOUT÷VIN成反比，其計(jì)算公式如下：
但是，如果產(chǎn)品除了開(kāi)關(guān)電流的最大值之外，還對(duì)輸入電流的最大值等有電流限制規(guī)定，則在估算最大輸出電流時(shí)需要包括該規(guī)定。
電感值對(duì)最大輸出電流的影響
對(duì)于電感值固定為恒定值的電源產(chǎn)品而言，相位補(bǔ)償是按該恒定值設(shè)計(jì)的，因此相關(guān)常數(shù)可能無(wú)法更改。但是，如果可用的電感值范圍較大，則低邊開(kāi)關(guān)的電流限制大多限于峰值電流限制，因此可輸出的最大輸出電流值將因所選的電感值而異。例如，當(dāng)在VIN=2.4V?VOUT=9.0V的條件下使用開(kāi)關(guān)電流限制值為1.5A、開(kāi)關(guān)頻率為600kHz、推薦電感值為10μH至22μH的產(chǎn)品時(shí)，使用10μH電感時(shí)的最大輸出電流IOUT1為：
使用22μH電感時(shí)的最大輸出電流IOUT2為：
可見(jiàn)電感值越大，支持的輸入電流越大，最大輸出電流也越大。
對(duì)于峰值電流限制功能而言，減小電感值會(huì)減小最大輸出電流，因此在電流不足的情況下，可以通過(guò)增大電感值來(lái)增加電流。但是，需要注意的是，雖然最大電流會(huì)增加，但由于V÷L，電感電流增減的電流變化速度會(huì)變慢，因此如果負(fù)載電流的變化速度很快，則負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性（增加或減少電感電流以跟隨負(fù)載電流的變化）會(huì)變差，所以在負(fù)載波動(dòng)很大的情況下存在弊端。
另外，如果電感值過(guò)大，受升壓型轉(zhuǎn)換器特有的“右半平面零點(diǎn)”的不穩(wěn)定因素影響，電源的負(fù)反饋控制會(huì)變得不穩(wěn)定，甚至可能會(huì)引發(fā)振蕩。
注意電感值的精度和直流疊加特性導(dǎo)致的電感值減小
前面的計(jì)算是在電感沒(méi)有誤差的條件下進(jìn)行的，但實(shí)際上電感是有誤差的，并且最大輸出電流會(huì)隨著誤差導(dǎo)致的電感紋波電流的增加而減小。另外，電感器具有“直流疊加特性”，也就是當(dāng)提高電流時(shí)，磁芯材料的磁飽和會(huì)導(dǎo)致相對(duì)磁導(dǎo)率降低，從而使電感值減小。在最大負(fù)載時(shí)，由于電感電流增加會(huì)使電感值變小、電感紋波電流的電流增加速度（V/L）變快（波形變陡峭），峰值很快就會(huì)達(dá)到限流值，輸入電流減小至IIN3，最終導(dǎo)致可能無(wú)法確保預(yù)期的最大輸出電流。
所以不能僅根據(jù)電感器技術(shù)規(guī)格書(shū)上的額定電流值來(lái)選擇電感器。必須預(yù)先確認(rèn)精度+直流疊加特性，確保實(shí)際使用條件下即使在最大負(fù)載時(shí)，電感值也不會(huì)對(duì)峰值電流產(chǎn)生明顯影響，并確認(rèn)最大輸出電流沒(méi)有問(wèn)題。
文章來(lái)源：羅姆半導(dǎo)體集團(tuán)
評(píng)論