【硬缸·EP5.1】电源用电感

2024-06-14 19:08
文章标签 电源 电感 硬缸 ep5.1

本文主要是介绍【硬缸·EP5.1】电源用电感,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

这是硬缸系列的第五集第一部分,电源用电感。

长期连载,这个系列的其他集点击这里

写这篇文章的时候,我参考了大量的文章,这些文章通常来自值得信赖的电子元件公司或权威的EE杂志。在一些地方,我引用了他们的 图片(假如您是图片的作者,觉得不合适,可以及时的E-MAIL我),感谢这些工程师的工作。有一些文章,没有做出引用但是同样很有帮助,我也一并放在下面(小服务器放不下,大家可以自行搜索,后续有时间可能会做一些翻译工作,到时候再放出)。

参考资料:

 

 

生产实践中,我们经常需要使用DCDC进行能量转换,而目前绝大多数的DCDC基本上是电感型的拓扑。

当电流流过电感器时,电感会将其储存为能量,断开电流时会释放能量。功率电感器正是利用了此性质,并且主要用于DC-DC转换器等电源电路中。

随着技术进步,成本下降,后级负载功耗的增加,DCDC的应用范围和技术要求也在不断增加。

这样一来,如何在电源设计中用适当的技巧使用合适的电感就成了一个基本问题。

一、功率电感的主要考虑特性

a、感值

电感的感值毫无疑问非常重要,几乎所有的DCDC电路的参数计算都离不开纹波电流,而纹波电流又与电感值紧密相关。但是永远应该记住的是SMPS从来不是一个稳定的过程。其中最重要的电感和电容也一定不会是一成不变的额定值。

功率电感器的设计难度在于其特性会随电流大小或温度等而发生变化。例如,电感(L)拥有随电流增大而降低的性质(直流重叠特性),同时,随着电流增大,温度会随之上升,由此磁芯导磁率(μ)及饱和磁通密度(Bs)会发生变化。

b、额定电流

功率电感器的额定电流分为直流重叠允许电流与温度上升允许电流两种。

直流重叠允许电流:

磁芯变为磁饱和后电感值将会下降。可在非磁饱和状态下流过的最大电流为直流重叠允许电流(例:相比初始电感值降低40%)。

温度上升允许电流:

绕组电阻引起的发热中所规定的为温度上升允许电流(例:因自发热导致温度上升40℃)。一般情况下,该两种允许电流中,较小的一方为额定电流。

二、功率电感的常见制造技术

在一开始,我们先来看一下一般商用的电感的三种分类方法。

注:这篇博客不涉及磁环电感以及其他类型的非公电感

工艺绕线绕线产品因为是直接在磁芯上饶铜线的结构。可以使用较粗的铜线来降低直流电阻,适用于大电流应用。
同时还有使用磁性金属粉末对线圈进行压制而成的金属一体成型产品,可有效抑制啸叫问题。
积层此工艺是通过在片状基材上打印金属导体,再将其一层层叠加后生成线圈。适用于产品小型低背化,非常适合大规模量产。
薄膜通过使用薄膜工艺形成高精度线圈,搭配金属磁性材料,制造出的产品适合小型低背化、大电流要求的应用。
磁性材料铁氧体这类产品μ值较高,适用于需要大感量的应用。同时,在达到磁饱前,拥有平坦稳定的直流叠加特性。
金属这类产品受温度影响的电感变化较小,此外,相比铁氧体不容易磁饱和,因此拥有软饱和特性。
屏蔽型非屏蔽线圈未进行磁屏蔽的简单开放式磁路电感器。
树脂屏蔽线圈周围覆盖混合了铁氧体或软磁性金属磁性粉末的树脂。与全屏蔽型相比,虽然磁屏蔽效果有限,但良好的平衡了成本和性能。
屏蔽通过在线圈周围覆盖环形磁芯,或者使用磁性材料一体成型,使其拥有接近闭合磁路的结构。磁性屏蔽效果好,相比其他类型磁露最小。

a、工艺

工艺上来说,一般会选择绕线型电感,因为其一般电流大,DCR比较小。

但是,值得注意的是。不同电感的绕线方法也大不相同。

常见有单股绕线,多股绕线,扁铜带等。。。

下图为TDK公司的SPM系列的电感结构透视图:

b、磁性材料

不同厂家不太一样,一般来说,铁氧体,铁粉芯,金属一体成型的肉眼可见的表面越光滑越细腻越好。比如ETQP,IHLP这些顶级的电感,就像是一整块金属抛光过一样。

c、屏蔽技术

tec00001.jpguploading.4e448015.gif转存失败重新上传取消图1 开放磁路结构以及闭合磁路结构的功率电感器

tec00003.jpguploading.4e448015.gif转存失败重新上传取消图3 3款TDK功率电感器产品的近磁场3D图形

三、功率电感使用中的常见问题

a、噪声

噪声的来源多种多样。一般有以下几种情况

1、负载的快速变化。

2、低功耗下进入PFM模式,频率过低时导致产生噪声。

3、磁致伸缩效应导致电感与PCB基板之间的震动。(可以打胶)

4、磁化的磁性材料相互吸引或排斥。(可以打胶)

5、漏磁通导致线圈在磁性材料中的震动。(打胶或者更换一体成型)

6、与PCB基板谐振

b、layout时的注意事项

可以参见我的其他博文关于电源layout的注意事项

c、损耗

绕组引起的损耗称为铜损,磁芯材料引起的损耗称为铁损。铜损主要为绕组直流电阻(DCR)引起的损耗(直流铜损),其与电流2次方成比例增大。同时,其拥有频率越高,交流电流越会集中在导体表面附近流过,实际电阻值增加的性质(趋肤效应),在高频范围中还加上交流电流引起的铜损(交流铜损)。
铁损主要包括磁滞损耗与涡流损耗。涡流损耗与频率的2次方成正比,因此在高频率范围内涡流损耗引起的磁芯损失会增加。实现高效化的重点在于即使在高频范围内也选择使用磁芯损失较少的磁芯材料。

损耗的计算可以估算也可以用网站工具。据我所知Vishy和CoilCraft都在网站上提供了具体计算,仿真的软件。

这篇关于【硬缸·EP5.1】电源用电感的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1061262

相关文章

两轴直驱稳定云台的电源系统设计与关键要求

两轴直驱稳定云台,作为现代摄影、摄像及监控领域的高精尖设备,广泛应用于各种不稳定环境(如移动车辆、海上船只、空中飞机等),以提供相机、传感器等关键设备的稳定支持。其卓越的性能和可靠性,很大程度上依赖于其精心设计的电源系统。本文将对两轴直驱稳定云台的电源系统要求进行全面剖析,并深入探讨电压波动可能带来的不良影响及应对措施。 电源系统的核心要求 高容量与功率:

智能电源控制箱

在数字化浪潮的推动下,智能化管理已成为各行各业转型升级的重要方向。作为这一趋势下的佼佼者,《智能电源控制箱》凭借其卓越的性能和便捷的操作,正逐步成为网络通信、监控安防等领域不可或缺的关键设备。本文将详细介绍这款集智能网络传输、温湿度监测、门锁控制于一体的智能电源控制箱,展现其在提升运维管理效率方面的独特优势。   一、产品简介 智能电源控制箱系统采用模块化设计,集成了先进的I/O网络模块

PWR电源控制(低功耗模式)

1 PWR简介 1 程序后面是空循环,即使不用也会耗电,所以有了低功耗(例如遥控器) 2 也要保留唤醒模式,如串口接收数据中断唤醒,外部中断唤醒,RTC闹钟唤醒,在需要工作是,STM需要立刻投入工作  3 上电复位和掉电复位   4 PVD可编程电压检测器(需要配置外部中断)    2 低功耗模式介绍  1 WFI(等待中断,任何外设发生中断时候,芯片都会立刻醒来

【Windows】定时切换电源计划

PC一般有三个电源计划:平衡、节能、高性能。可通过右下角电池图标进入“电源选项”,如图所示:  下面介绍如何设置定时计划来切换到高性能模式 1. 查看当前电源计划 打开CMD,输入命令: powercfg -l 如下图所示:记录电源方案的GUID编号  2. 切换电源计划命令 #切换到高性能,打开CMD,输入命令 powercfg -setactive 8c5e7fda-e

git or vscode-电脑电源断或者蓝屏-重启运行项目git报错-git : bad signnature 300000

1.场景         电脑电源断或者蓝屏-重启运行项目git报错-git : bad signnature 300000; 2.解决         2.1.git下的index文件损坏,直接删除;         2.2在.git文件目录运行重新回到上次节点或者指定版本 git reset

【电感】基础知识

在电路板上,电容和电阻很常见,而电感出现的频次很少,这是为什么呢? 首先,电感一般是应用在交流电场合(或脉冲),而我们看到的很多电路板都是直流供电的,比如手机的电路板,树莓派开发板这些都是直流供电的,自然在这些电路板上就会很少看到电感了,还有一个很重要的原因就是,在电感上会发生电磁感应现象,这样会干扰周围元器件的工作,其实在电源电路中,电感有着举足轻重的地位,就比如我们的手机充电器,它可以把220

POL(Point-of-Load)负载点电源

负载点(POL)电源在靠近负载处单独放置电源调节器(线性稳压器或DC-DC),解决了高性能半导体器件,例如:微控制器、ASIC等,所面临的高峰值电流、低噪声裕量等设计挑战。 一般我们会把负载点电源尽量靠近负载放置, 这么做可以最大限度地确保供电效率和准确性。 图 1 常见POL电源的拓扑结构 Typical设计POL设计

IOT网关电源和安装方法

上 上次购买的IOT网关电源丢失了,现在购买一个20元, 带网线,带转接头,运费20元,泪奔了。。

TFT液晶面板中应用的高度集成的电源管理芯片(PMIC)-iML1942

TFT(彩色液晶屏)是指薄膜晶体管,意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动,从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息,是较好的LCD彩色显示设备之一,其效果接近CRT显示器,是笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。 TFT液晶面板的四大优势: 一、TFT液晶面板的显示效果出色。它利用液晶分子在电场作用下的扭曲来控制光的透过,从而呈现出细腻、色彩鲜艳、高对比度的图像。 二

SGM41511电源管理芯片与STM32L496通讯源码虚拟I2C协议实测成功读写cubemx设置裸机和freertos操作系统源码通用

不用它的I2C设置,容易出错不通讯,只打开GPIO输出就可以; 如果是RTOS的话请打开系统定时器提供参考时间基准,那个定时器都行; 以下是经过验证的代码,同样适用于SGM同类系列电源管理芯片; 准备好jlink进行RTT打印观测: SGM41511.c /**************************************************************