功率電感是指可以通過大電流的電感,主要應(yīng)用于DCDC轉(zhuǎn)換器,作用是能量的中轉(zhuǎn)站。(注:任何電感器在通電后,都會(huì)有一定的功率,如果電感器的電流遠(yuǎn)小于導(dǎo)體的允許電流,一般不稱其為功率電感器)
功率電感是決定DCDC轉(zhuǎn)換器性能的核心元件,它不僅為DCDC提供關(guān)鍵的電壓調(diào)節(jié)能力,還幫助DCDC通過積累并釋放能量來維持連續(xù)的電流,可為不同電壓等級(jí)的電源系統(tǒng)提供大電流和大電感。
在接通直流電(DC)時(shí),電流能自由通過功率電感器,而在接通交流電(AC)時(shí),電感器將發(fā)揮電阻的作用,當(dāng)搭配執(zhí)行高速開關(guān)使用時(shí),功率電感器可促使DCDC將電壓轉(zhuǎn)換到所需水平。
在開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí),功率電感器會(huì)存儲(chǔ)能量,開關(guān)器件斷開時(shí),則會(huì)釋放能量并流過電流。
目前DCDC變換器最熱門的應(yīng)用無疑是儲(chǔ)能和汽車兩類,這兩個(gè)應(yīng)用都需要DCDC變換器在更寬的溫度范圍里提供更穩(wěn)定的功率,這就需要功率電感在不犧牲磁芯損耗的情況下,有更低的漏磁和更平滑的飽和性。
具體來看,想要提高DCDC轉(zhuǎn)換器效率,需要功率電感損耗更低;想要將減小DCDC轉(zhuǎn)換器尺寸,需要功率電感采用新的積層技術(shù)、薄膜技術(shù);想要提高電流能力,需要強(qiáng)化功率電感磁芯;想要提高輸出穩(wěn)定性,需要提高直流特性、溫度特性;想要提高過渡響應(yīng)特性,需要優(yōu)化功率電感電感值和紋波電流;想要降低轉(zhuǎn)換器噪音,需要降低功率電感漏磁。
這些參數(shù)之間,存在著互相制約的復(fù)雜關(guān)系,DCDC轉(zhuǎn)換器各種特性會(huì)隨電流大小或溫度等而發(fā)生變化。基于這種復(fù)雜的相互制約關(guān)系,功率電感的選擇需要從DCDC轉(zhuǎn)換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發(fā)。
如磁芯的選擇,DCDC轉(zhuǎn)換器性能提升后,鐵氧體磁芯電感器難以滿足所有要求,但是它的高頻特性很突出,金屬磁性材料磁芯的飽和磁通密度優(yōu)異,更適合大電流化。
在DCDC轉(zhuǎn)換器中,功率電感器的損耗絕大部分來自直流電阻引起的直流損耗。除了材料本身的阻值特性,直流電阻值也會(huì)隨繞組的粗細(xì)及匝數(shù)的變化發(fā)生變化,并且發(fā)熱的程度也會(huì)影響到最終的損耗,所以使用磁芯損失較少的磁芯材料也很重要。
在工藝方面,越來越多的功率電感采用一體成型技術(shù),國內(nèi)市場已有近7成功率電感采用或即將采用一體成型技術(shù)進(jìn)一步提高性能。
高性能的DCDC轉(zhuǎn)換器需要在高性能功率電感的選擇上權(quán)衡各方面參數(shù)的影響,然后做出綜合效率、尺寸以及成本的選擇。
審核編輯:湯梓紅
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