在介绍参数计算之前,我们来看一下电感电流的纹波率,先来看一个电感的电流波形如图一示。
(图一)
电流纹波率:?I/IL=?I/Io,因为?I=2Iac,所以?I/IL=2Iac/IL,要想?I变小或者接近于零,需要电感磁芯的处理能力大于等于电感储存的能量,磁芯体积与处理能力成正比,与磁芯材质也有关系。
看一下电感电流与电感能量的关系图,如图二示,由图二我们可以看出电感的能量越大电感电流的纹波率越小,也就说明电感对电流的遏制能力很强,而纹波率一般取0.4就可以。
(图二)
电感实战计算公式推导(图三):
(图三)
电感两端感应电压=电感电流的变化率*L,用公式表示:U=?I*L/t,而感应电压分为两个状态,开关ON时候的感应电压与开关OFF的感应电压,用公式表示。
Von=?Ion*L/Ton
Ion=Von*Ton/L 式1
Voff=?Ioff*L/Toff
Ioff=Voff*Toff/L 式2
因为占空比D=Ton/T,所以Ton=T*D,等式两边同时被T减,得出Toff=T(1-D),由T=1/f,得Ton=D/f,Toff=(1-D)/f,把Ton、Toff代入式1、2中得
Ion=Von*D/L*f 式3
Ioff=Voff*(1-D)/L*f 式4
当开关开通时候忽略续流二极管压降,电感两端感应电压等于Vin-Vo,当开关断开时候忽略续流二极管压降,电感两端感应电压等于Vo,代入式3、4得
Ion=(Vin-Vo)*D/L*f 式5
Ioff=Vo*(1-D)/L*f 式6
由电感纹波率γ=?I/Io,?I同样分为ON和OFF时,故而开关ON时候γ=?Ion/Io 式7,开关OFF时候γ=?Ioff/Io 式8,代入式5、6得
Io*γ=(Vin-Vo)*D/L*f
L=(Vin-Vo)*D/Io*γ*f 式9
Io*γ=Vo*(1-D)/L*f
L=Vo*(1-D)/Io*γ*f 式10
式9、10中:L为实际电感量单位H,Vin输入电压单位V,Vo输出电压单位V,D是占空比,Io是输出电流单位A,f是开关频率单位Hz,γ是纹波系数一般取0.4
总结:
当电感的线径确定下来以后,电感的额定电流就确定下来了,实际设计时要求负载电流不超过电感的额定电流值,最好是负载的峰值电流小于等于电感的额定电流值,一般情况下电感额定电流我们要放置1.2倍余量,即电感的额定电流大于等于1.2倍的负载峰值电流。
BUCK电路中电感值的实战计算:
(图四)
如图四所示的BUCK电路中,已知输入电压Vin=24V,输出电压Vo=12V,γ=0.4,L=Vo*(1-D)/Io*γ*f,D=Vo/Vin=12V/24V=1/2,把已知量代入电感公式中。
以上两种方法都可以求得电感值。
f:输入交流电压的频率
f:输入交流电压的频率
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