在開關電源中,電感有什么作用?

2023-09-22

電感是開關電源中常用的元件,由于它的電流、電壓相位不同,所以理論上損耗為零。電感常為儲能元件,也常與電容一起用在輸入濾波和輸出濾波電路上,用來平滑電流。電感也被稱為扼流圈,特點是流過其上的電流有"很大的慣性".換句話說,由于磁通連續特性,電感上的電流必須是連續的,否則將會產生很大的電壓尖峰。
   電感為磁性元件,自然有磁飽和的問題。有的應用允許電感飽和,有的應用允許電感從一定電流值開始進入飽和,也有的應用不允許電感出現飽和,這要求在具體線路中進行區分。大多數情況下,電感工作在"線性區",此時電感值為一常數,不隨著端電壓與電流而變化。但是,開關電源存在一個不可忽視的問題,即電感的繞線將導致兩個分布參數(或寄生參數),一個是不可避免的繞線電阻,另一個是與繞制工藝、材料有關的分布式雜散電容。雜散電容在低頻時影響不大,但隨頻率的提高而漸顯出來,當頻率高到某個值以上時,電感也許變成電容特性了。如果將雜散電容"集中"為一個電容,則從電感的等效電路可以看出在某一頻率后所呈現的電容特性。
   當分析電感在線路中的工作狀況或者繪制電壓電流波形圖時,不妨考慮下面幾個特點:
1. 當電感L中有電流I流過時,電感儲存的能量為: E=0.5×L×I2 (1)
2. 在一個開關周期中,電感電流的變化(紋波電流峰峰值)與電感兩端電壓的關系為: V=(L×di)/dt (2) ,由此可看出,紋波電流的大小跟電感值有關。
3. 就像電容有充、放電電流一樣,電感器也有充、放電電壓過程。電容上的電壓與電流的積分(安·秒)成正比,電感上的電流與電壓的積分(伏·秒)成正比。只要電感電壓變化,電流變化率di/dt也將變化;正向電壓使電流線性上升,反向電壓使電流線性下降。
   紋波電流的大小同樣會影響電感器和輸出電容的尺寸,紋波電流一般設定為最大輸出電流的10%~30%,因此對降壓型電源來說,流過電感的電流峰值比電源輸出電流大5%~15%.
計算出正確的電感值對選用合適的電感和輸出電容以獲得最小的輸出電壓紋波而言非常重要。

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