【導(dǎo)讀】在大部分開關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊,以及大部分應(yīng)用筆記和其他說明文本中,電感電流紋波建議在標(biāo)稱負載工作的30%。這意味著在標(biāo)稱負載電流下,電感電流波峰和電感電流波谷分別比平均電流高15%和低15%。為何選擇30%的電感電流紋波或電流紋波比(CR)可以說是不錯的折衷方案?
在大部分開關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊,以及大部分應(yīng)用筆記和其他說明文本中,電感電流紋波建議在標(biāo)稱負載工作的30%。這意味著在標(biāo)稱負載電流下,電感電流波峰和電感電流波谷分別比平均電流高15%和低15%。為何選擇30%的電感電流紋波或電流紋波比(CR)可以說是不錯的折衷方案?對于降壓轉(zhuǎn)換器,例如圖1所示的轉(zhuǎn)換器,公式1適用:
圖1. 使用降壓轉(zhuǎn)換器時相應(yīng)的電感電流紋波。
此公式基于電流紋波比CR計算降壓轉(zhuǎn)換器所需的電感值L。該比值一般指定為0.3,或30%峰峰紋波。在該公式中,D表示占空比,T表示周期時間,取決于各自的開關(guān)頻率。
使用不同的電感電流紋波會怎么樣?
圖2中,紅色線條表示電路的電感電流紋波(電流紋波比(CR)為30%,輸出電流為3A。這是開關(guān)穩(wěn)壓器電路設(shè)計中常見的折衷選擇。藍色波形對應(yīng)的電感電流紋波為133%,綠色波形對應(yīng)的電感電流紋波為7%。圖2. 標(biāo)稱負載下,紋波電流比為30%的電感電流紋波(紅色)、小電感電流紋波(藍色)和大電感電流紋波(綠色)。圖3顯示相同的電路以部分標(biāo)稱負載作為輸出電流(例如1A)運行時的情況。在高電感電流紋波下,如圖3中的藍色波形所示,電感會在每個周期完全放電。這個模式稱之為斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)。在這種模式下,控制環(huán)路的穩(wěn)定性發(fā)生變化,可能產(chǎn)生更高的輸出電壓紋波。圖3. 部分負載下,紋波電流比為30%的電感電流紋波(紅色)、小電感電流紋波(藍色)和大電感電流紋波(綠色)。所以需要采用一定的紋波電流比,以避免出現(xiàn)DCM。在紋波電流比為30%時,能得到不錯的折衷結(jié)果。如果紋波電流比較低,即使在部分負載下,系統(tǒng)大部分時間也會在連續(xù)電流導(dǎo)通模式下運行。所以,通過對電路進行優(yōu)化,便可在該模式下運行。紋波電流比高于30%時,電感尺寸更小,成本更低。但是,峰值電流大幅增高,會產(chǎn)生大量電磁干擾(EMI),遠高于典型電路能夠接受的水平。此外,要使用連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM),負載電流要達到更高。這還不是問題,但是在這個模式下,其工作特性會發(fā)生改變,在設(shè)計電路時,這一點必須考慮在內(nèi)。此外,相較于較低的電感電流紋波,還會導(dǎo)致更高的輸出電壓。紋波電流比低于30%時,電感尺寸更大,成本更高。因為儲能設(shè)備的尺寸很大,負載瞬態(tài)響應(yīng)會更低一些。例如,在快速斷開高負載電流時,電感中存儲的電能必須傳輸?shù)侥承┑胤?。這會導(dǎo)致輸出電容(COUT)兩端的電壓升高。電感中的電能越多,輸出電壓就越高。過壓可能會損壞供電電路。在權(quán)衡不同的電感電流紋波比的優(yōu)缺點之后,我們發(fā)現(xiàn),對于大部分應(yīng)用,約30%左右的電流紋波比更為合用。但是,在有些情況下,也可以有所偏離,只要結(jié)果可以接受。
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