一般而言,選擇電感時,只需計算出負載電流,通過容許0.20紋波電流來建立電感。由于磁芯損耗微不足道,因此會出現(xiàn)類似于產(chǎn)品說明書中所示的溫升。然而,隨著開關頻率上升至500 kHz以上,磁芯損耗和繞組交流損耗可以較大地減少電感中的容許直流電流。使用0.20紋波電流來計算電感,可帶來相同的磁芯材料通量激增,其與頻率無關。磁芯損耗方程式的一般形式為:
Pcore = K × F1.3。
因此,如果頻率 (F) 從100 kHz升至500 kHz,則磁芯損耗便為原來的8倍。圖1顯示了這種上升情況,還描述了隨磁芯損耗上升而下降的容許銅線損耗。100 KHz時,大多數(shù)損耗存在于銅線中,同時利用全直流額定電流是可能的。更高頻率時,磁芯損耗變大。由于總容許損耗由磁芯損耗與銅線損耗之和決定,因此銅線損耗需在磁芯損耗上升時降低。這種情況一直持續(xù)到各損耗均相等。情況是,在高頻率下?lián)p耗穩(wěn)定保持相等,并允許從磁結構獲得輸出電流。
均基于固定磁芯體積和繞組面積,***匝數(shù)可變。圖2顯示了圖1所示磁芯損耗的電感和容許直流電流。1.3 MHz以下時,電感與開關頻率成反比關系。電感在1.3 MHz附近達到小值。該頻率以上,則需升高電感來限制磁芯通量,從而將PQ磁芯損耗控制在總損耗的0.50。該電感的額定電流也同時被計算出來。低頻率時,磁芯損耗并不大,額定電流由繞組的功率損耗決定。
下列方程式中,匝數(shù)與頻率平方根的倒數(shù)成正比,因此頻率升高2倍(電感降低一半)得0.707匝數(shù)。
L = μ × A × N2/lm
這種情況會以兩種方式影響繞組電阻。匝數(shù)減少0.30,而每一匝的可用面積卻增加了0.41。由于繞組電阻與匝數(shù)/匝面積相關,因此電阻隨頻率上升而線性下降,例如:在本例中電阻下降2倍。
較高頻率時,磁芯損耗開始限制容許銅線損耗,直到達到它們相等的點為止。在這一點上,通過增加更多匝數(shù)以及升高繞組電阻,使電感上升來降低通量。這樣,電感額定電流減少。因此,從電感尺寸角度來說獲得了頻率。
總之,增加開關頻率會縮小磁芯尺寸的看法是正確的,但限于磁芯損耗和交流 繞組損耗等于銅線損耗的點上。過了這個點,磁芯尺寸實際上會增加。另外,設計人員需要注意的是,在有許多高開關頻率產(chǎn)品可供選擇的今天,一些相應的應用手冊中并沒有清楚地注明過高磁芯損耗存在的一些潛在問題。
