连续导通模式下的电流纹波

发布时间 2023-03-26 23:00:53作者: codeaholic

电流纹波定义

定义:电感电流交流量与直流量的比值
电流纹波率也可以用单位电感伏秒积的形式给出

Et是电感的伏微秒积

电流纹波率仅适用于连续导通模式,r的有效值取值范围为0-2,r=0,即纹波为0,那么L需要取∞,显然这种情况只存在于理想状态;r=2,即电感工作在临界导通模式,所谓临界导通模式,定义为Iac = Idc,可见下图这两种情况

 

为什么是先给出r呢?不给出L呢?

r实际设计上有有经验,一般是0.3~0.5之间,一旦确定r,给定工况和开关频率下的L值就确定了。

 

r的最优值

r=0.4时,对变压器的尺寸和其他元器件的应力(电压电流应力)都处于相较于其他值有更大的优势。下图虽然是以降压拓扑的电容电流为例,但其其能量曲线使用与所有拓扑,电容电流rms值随着r增加而增加。

 

是电感尺寸还是电感值

在磁芯上绕制不同匝数的线圈,就可以得到不同的电感值,所以电感值不一定与电感尺寸相关。但实际功率变换器中,它们经常相关。

因为工况确定的情况下,工况确定是指负载电流和输入输出电压确定,Idc也确定。这种情况下唯一能使r减小的方法就是让纹波更小,而纹波又是由伏秒积确定的,所以提高电感值来减小纹波,

但是一定量的纹波无疑是有益的。

例如,工况改变,如负载电流增加,那么Idc增加后,为了保持r值的最优,需要同比增加纹波,为此不得不减小L,而非增加L

频率对电感尺寸的影响

下面的讨论使用所有拓扑

其他量都不改变,开关频率加倍,则伏秒积加倍,因为ton和toff的时间减半了,既然△i可以用单位电感的伏秒积表示,那么它也会减半。由于Idc没变,r=△i/idc,所以r也会减半。

那么要重新吧r设置为最优值0.4,就需要吧L减半,那么所以电感尺寸变小了,电感处理能量的公式是1/2*L*Ipeak2,L减半,Ipeak不变。

所以认为电感尺寸与频率成反比

还要注意电感电应力与频率无关。

负载电流对电感值和尺寸的影响

若负载电流加倍,输入输出电压和占空比不变,r值减半,虽然△I没变,但是Idc加倍了,为了保持最优r,所以△I也应加倍,即L减半。

所以一般认为电感值与负载电流减半

电感尺寸与负载电流成正比,负载电流加倍,l减半,那么电感处理能量为1/2*L*(Ipeak)²加倍,Ipeak=Idc(1+r/2)=Idc+△I.

 

供应商如何标注成品电感的额定电流以及如何选择电感?

绝大多数供应商将默认Idc(最大允许通过的直流电流)=Isat(电感饱和:电感在磁芯饱和前允许通过的最大电流)

给定应用中需要考虑的电感电流额定值

以下6点因素可以影响开关的迅速关断,从而使其免受电感饱和的影响