开关电源设计中电感的选择
开关电源工程化实用设计指南
开关电源工程化实用设计指南开关电源是一种非常重要的电力转换设备，它可以将输入的直流电压转换为输出的交流电压，从而满足各种电子设备的供电需求。
开关电源的工程化实用设计是一项涉及到多个领域的技术工作，包括电路设计、磁性元件设计、功率转换器设计、控制器设计和可靠性设计等。
下面将介绍开关电源的工程化实用设计指南。
一、电路设计开关电源的电路设计是整个设计的核心，也是最关键的一步。
在电路设计中，需要考虑以下几个方面的因素：输入和输出电压：开关电源的输入和输出电压需要根据电子设备的实际需求来确定。
在输入电压方面，需要考虑到电网电压的波动和噪声等因素，确保开关电源能够稳定工作。
在输出电压方面，需要根据电子设备的功率和负载特性来进行设计，确保输出的电压能够满足电子设备的供电需求。
功率容量：开关电源的功率容量需要根据电子设备的功率需求来确定。
在确定功率容量时，需要考虑到开关电源的最大负载和可能出现的峰值负载等因素，确保开关电源的功率容量足够且不会出现过载或损坏的情况。
电路拓扑：开关电源的电路拓扑是指其基本电路结构。
根据不同的需求，可以选择不同的电路拓扑来进行设计。
常用的电路拓扑包括BUCK型、BOOST型、BUCK-BOOST型等，需要根据实际情况来选择合适的电路拓扑。
控制方式：开关电源的控制方式是指如何控制开关管的导通和关断，以达到稳定输出电压的目的。
常用的控制方式包括脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）和电流模式控制等，需要根据实际情况来选择合适的控制方式。
二、磁性元件设计开关电源中的磁性元件主要包括电感和变压器，它们在功率转换器中起到重要的作用。
在磁性元件设计中，需要考虑以下几个方面的因素：磁芯材料：磁芯材料的选择是磁性元件设计的关键。
常用的磁芯材料包括铁氧体、坡莫合金和非晶合金等，需要根据实际情况来选择合适的磁芯材料。
线圈设计：线圈设计是磁性元件设计的另一个关键因素。
在电感设计中，需要考虑到线圈的匝数、线径和绕制方式等因素，以确保电感能够满足开关电源的负载需求。
开关电源电感选型计算
开关电源电感选型计算开关电源电感是一种重要的元件，用于存储能量和滤波。
正确选择合适的电感对于开关电源的性能和稳定性至关重要。
我们需要确定电感的额定电流。
额定电流是指电感所能承受的最大电流。
一般来说，电感的额定电流应大于电路中最大负载电流的1.2倍，以保证电感的正常工作。
接下来，我们需要确定电感的工作频率范围。
开关电源工作频率一般在几十kHz到几MHz之间，不同的工作频率需要选择不同的电感。
然后，我们需要根据开关电源的输出功率来确定电感的大小。
电感的大小决定了开关电源的输出电流波形的平滑程度。
一般来说，输出功率越大，电感的大小也应越大。
开关电源电感的电感值还应满足以下要求：1. 电感的直流电阻应尽可能小，以减小功率损耗；2. 电感的铁芯材料应具有较高的饱和磁感应强度和较低的磁滞损耗；3. 电感的铁芯材料应具有较低的温升和较高的工作温度范围。
根据以上要求，我们可以计算出电感的具体数值。
计算方法如下：1. 首先，根据开关电源的输出功率和工作频率，确定电感的工作电流。
工作电流一般为输出功率除以输出电压；2. 然后，根据电感的工作电流和额定电流的比值，确定电感的安全系数。
安全系数一般为1.2到1.5之间；3. 接下来，根据电感的安全系数和工作电流，计算出电感的额定电流；4. 根据电感的额定电流和工作频率，确定电感的工作电感值。
工作电感值一般为额定电流除以工作频率。
我们还需要注意一些其他因素来选择合适的电感。
例如，开关电源的尺寸和重量限制，以及成本因素等。
开关电源电感的选型计算方法包括确定额定电流、工作频率范围，根据输出功率确定电感大小，并考虑电感的直流电阻、铁芯材料特性和安全系数等。
选择合适的电感对于确保开关电源的性能和稳定性至关重要。
反激式开关电源设计的思考三(磁芯的选取)
反激式开关电源设计的思考三(磁芯的选取)在DCM状态下选择：Uin－电源输入直流电压Uinmin－电源输入直流电压最小值D－占空比Np－初级绕组匝数Lp－初级绕组电感量Ae－磁芯有效面积Ip－初级峰值电流f－开关频率Ton－开关管导通时间I－初级绕组电流有效值η－开关电源效率J－电流密度通过（3）式可方便计算出反激式开关电源在电流断续模式时磁芯的AeAw值，通过查厂商提供的磁芯参数表就可选择合适的磁芯，在选择磁芯时要留一定的余量。
例如：有一反激式开关电源输出功率为10W，开关频率为40KHz, ΔB为0.16T，电流密度取4.5A/mm2磁芯选用EE系列，那么由公式（3）可知：考虑到实际绕线的绝缘层等的影响，须考虑填充系数(取0.8),即：Ap = AeAw/0.8=1.736×1000 / 0.8 = 2207.5通过上面计算,ＥＥ１９磁芯比较接近,考虑到辅助绕组和其他因素选择ＥＥ２０磁芯。
为计算方便,(3)式可修正为：Ap = AwAe = 6500×P0 / (△B×J×f) (4)单位：P0 ----- 瓦特；△B ---- 特斯拉J ------ 安培/平方毫米f ------ 千赫兹Ap ------ 毫米的四次方在实际使用中一定要注意公式的应用条件，公式（4）是在单端反激式开关电源电流断续模式下推导出来的，并且用了一系列假设：1．窗口使用系数SF：0.42．初级绕组面积Ap = 次级绕组面积 As3．当直流输入电压最低时Dm=0.54．电源效率η= 0.85．填充系数为0.8因此，该计算值在使用中要根据实际情况酌情修正，并且作为我们选择磁芯的一个大致参考，由于工艺的原因必须通过实践验证而最终确定。
另外单端反激式开关电源中，他激式和自激式的效率差别比较大，一般自激式的效率比较低，大概在0.7左右，使用公式（4）时要乘以(0.8/0.7=)1.15进行修正。
200W开关电源功率级设计方案
200W开关电源功率级设计方案1. 导言新的功率在200W-500W 的交流电源设计，越来越需要功率因素校正(PFC)，以在减少电源线上的能源浪费，并增加最多来自电源插座的功率。
这篇文章描述了一个用於液晶电视的200W 电源的设计与构造，所以提到了很多注意事项，以达到高效率，待机功率低於1W，外形小巧尤其是高度为25mm ，无风扇的简单冷却，低成本。
这些特徵对於将要应用的场合是不可或缺的。
2. 电路描述和设计设计指标如下∶交流输入电压∶85-265VRMS·功率因素∶> 0.95·总输出功率∶200W·三个直流输出∶5V/0.3A12V/5A24V/6A电源分为两个单元。
第一电源集成一个功率因素校正电路，内置在FAN4800 PFC/PWM(脉宽调制)二合一控制器周围，产生一个24V/6A 和12V/5A 的输出。
这个器件包含一个平均电流模式PFC 控制器和一个能够在电压和电流模式下工作的PWM控制器。
在描述的这项应用中，PWM工作在电流模式，控制一个双管正激变换器。
这种变换器能产生一个稳压的24V 输出。
12V输出则由一个采用MC34063A PWM控制器的Buck 变换器产生。
这个附加模块改善了12V输出校正，减少交叉调节问题，这对於多重输出正激变换器总是一个问题，当负载大范围变化时。
附加变换器成本不是很高，如果与一个双管输出变换器的更复杂、更大的耦合电感相比。
第二电源是一个基於飞兆半导体功率开关(FPS)的Flyback 变换器，它给FAN4800提供电源和5V 输出。
这个电源工作在待机模式下，它的无负载功耗低於500mW。
因此，即使对於省电模式下小负载情况，也有可能满足1W待机功耗的限制。
为了简洁，设计计算和电路图将在每个模组中单独给出。
最终完成的示意图和布局，可在附录中查到。
3. 功率因素校正本节回顾了功率因素校正电路的电源选择。
用来设立乘法器的工作点和差动放大器的增益和频率补偿的低功率部件的设计在[1]中给出。
开关电源设计方案细节详解
开关电源设计细节详解1、电源设计项目前期各个参数注意细节借鉴下NXP的这个TEA1832图纸做个说明。
分析里面的电路参数设计与优化并做到认证至量产。
在所有的元器件中尽量选择公司仓库里面的元件，和量大的元件，方便后续降成本拿价格。
贴片电阻采用0603的5％，0805的5％，1％，贴片电容容值越大价格越高，设计时需考虑。
1、输入端，FUSE选择需要考虑到I＾2T参数。
保险丝的分类，快断，慢断，电流，电压值，保险丝的认证是否齐全。
保险丝前的安规距离2．5mm以上。
设计时尽量放到3mm以上。
需考虑打雷击时，保险丝I2T是否有余量，会不会打挂掉。
2、这个图中可以增加个压敏电阻，一般采用14D471，也有采用561的，直径越大抗浪涌电流越大，也有增强版的10S471，14S471等，一般14D471打1KV，2KV雷击够用了，增加雷击电压就要换成MOV＋GDT了。
有必要时，压敏电阻外面包个热缩套管。
3、NTC，这个图中可以增加个NTC，有的客户有限制冷启动浪涌电流不超过60A，30A，NTC的另一个目的还可以在雷击时扛部分电压，减下MOSFET的压力。
选型时注意NTC的电压，电流，温度等参数。
4、共模电感，传导与辐射很重要的一个滤波元件，共模电感有环形的高导材料5K，7K，0K，12K，15K，常用绕法有分槽绕，并绕，蝶形绕法等，还有UU型，分4个槽的ET型。
这个如果能共用老机种的最好，成本考虑，传导辐射测试完成后才能定型。
5、X电容的选择，这个需要与共模电感配合测试传导与辐射才能定容值，一般情况为功率越大X电容越大。
6、如果做认证时有输入L，N的放电时间要求，需要在X电容下放2并2串的电阻给电容放电。
7、桥堆的选择一般需要考虑桥堆能过得浪涌电流，耐压和散热，防止雷击时挂掉。
8、VCC的启动电阻，注意启动电阻的功耗，主要是耐压值，1206的一般耐压200V，0805一般耐压150V，能多留余量比较好。
9、输入滤波电解电容，一般看成本的考虑，输出保持时间的10mS，按照电解电容容值的最小情况80％容值设计，不同厂家和不同的设计经验有点出入，有一点要注意普通的电解电容和扛雷击的电解电容，电解电容的纹波电流关系到电容寿命，这个看品牌和具体的系列了。
如何在开关电源设计中选择最合适的高功率电感的磁芯
Ｎｏ ｉ ｍ ｎａｌ
产生 高频磁场 ， 成磁芯 损耗并导致 造
磁 芯 变热 。这种 情 况在 铁 硅铝 （ｏ ｌ Ｋｏ
ｃ ２ ｍ
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Ｐ ｒ ａ ｉｔ ｍｉ ｅ ｍｅ ｂｌ ｙ（ ） ｉ
Ａｅ ｌ ｅ Ｖｅ
Ⅲ 砷０３ １ 如 缸
，
Ｍｐ 中会 减少 ，因此 电感更 有效 率， ） 温度更低。 铁 硅 铝 （ ｅ ｌ ）的 磁 芯 损 耗 Ｋ ｅ Ｍｐ
Ｏ ｌ ｎ ｅ ｎ ｉ
在 线座 谈 （ ｌ ｅ Ｓ ｍｉａ ） 中 电 网 于２ ０ 年 推 出 的创 新 服 务 ，通 过 “ Ｏｎｉ ｅ ｎ ｒ 是 ｎ ００ 视
中网Ｅ 虫ａ Ｗ＿ ｃ ｜Ｇ ｃ９ 、 ． Ｎ ． ｍ ｅ ｔ
频演 示＋专 家解说 ＋在线 问答”三位 一体 相结合的形式 ，充分发挥网络平 台的便
■ Ｍａ ｎ ｔ ｓ ｇ ｅｉ 美国磁性材料公司 ｃ
究 竟 是磁 粉 芯 好 ，还 是 铁 粉 芯 必 须在 下降 曲线的安全 区进行 设计。 好？相信是 许多工程师 在进 行开关 电 铁硅 铝 （ ｏ ｌ ） Ｋ ｏ Ｍｐ 被设 计在受 控制 的
体 不同 ， 随着温度改变 ， 变化不会很大。
而 当储 能是 一样 的 时候 ，Ｌ２值 Ｉ
一
２ ℃到 １ ０ ５ ℃不同环境下材质的差异。 ０
样 ，铁硅 铝 （ｏ ｌ ） 积缩 小 了 Ｋ ｏ Ｍｐ 体
由于铁硅铝 的材质及 结构和 间隙铁氧 很 多，对 于设计 者来说 ，这 有效缩 小
世 界 电子 元 器 件 ２ ０ １ ｃ．ｃｃ ｃｏｒ ０１ ．０ ｇｅ ｅ ｎ． ｎ
如何 在 开关 电源 设 计 中选 择 最合 适 的高功率 电感 的磁 芯
电感关键参数分析
电感是一种储能元件，用在LC振荡电路、中低频的滤波电路，DC-DC能量转换等等，其应用频率范围很少超过50MHz。
从阻抗频率曲线图可知，工作频率低于谐振频率时，电感器件表现出电感性，阻抗随着频率的升高而增大:当工作频率高于谐振频率时，电感器件表现出电容性，阻抗随着频率的升高而减小。
在应用中，应选择谐振频率点高于工作频率的电感为电源滤波选用电感时，需要注意以下几点。
①电感与电容组成低通滤波器时，电感值是一个很关键的参数。
电感器件资料标称的电感值，是工作频率低于谐振频率点的值，如果工作频率高于谐振频率，则电感值将会随着工作频率的升高而急剧减小，逐步呈现电容性。
②电感用于电源滤波时，需要考虑由于其直流电阻而引起的压降。
③用于电源滤波时，电感的工作电流必须小于额定电流。
如果工作电流大于额定电流，电感未必会损坏，但是电感值可能低于标称值。
几个主要有关参数①电感值范围:1-470uH②直流电阻:有多种直流电阻可供选择，电感值越大，对应的直流电阻也越大。
一般信号用电感，其直流电阻比高频信号用电感和电源用电感大一些，最小的直流电阻一般为几毫欧，大的几欧。
③自谐振频率:几十兆赫兹到几百兆赫兹。
电感值越大，其对应的自谐振频率越小。
④额定电流:几毫安到几十毫安。
电感值越大，其对应的额定电流越小。
工作频率低于谐振频率时，电感值基本保持稳定:但工作频率超过谐振频率后，电感值将会先增大，达到一定频率后，将迅速减小。
电感啸叫原因如果耳朵能听到啸叫(吱吱声)，可以肯定电感两端存在一个20HZ-20KHZ(人耳范围)左右的开关电流。
例如DC-DC电路的电感啸叫，由于负载电流过大，DC内部有一个限流保护电路，当负载超过IC内部的开关(MOS)电流时，限流检测电路判断负载电流过大，会立即调整DAC内部开关占空比，或者立即停止开关工作，直到检测负载电流在标准范围内时，再重新启动正常的工作开关。
从停止开关到重启开关的时间周期正好是几KHZ的频率，正因为这个周期的开关频率产生啸叫。
电感选型规范2
电感器选型规范
一、 选型原则
1.0 总则 1.0.1 电感器在MRP II 中从3个分类（1001~1003）改变为7个分类(1001~1007)：
1001 高频插装电感（固定插装） 1002 可变电感（感值可变，插装或贴片） 1003 片状电感（固定贴片） 1004 共模电感（插装或贴片） 1005 空心线圈 （插装或贴片） 1006 工频功率电感（固定插装） 1007 EMI磁珠（插装或贴片） 1.0.2 在MRP II 中，优选等级用M标记的项目限制在公司电气使用，用T标记的项目 限制在话机中使用。 在公司技术的产品中均不使用上述标记的项目。 1.0.3 电感器的归一化方向为： (1)1001类插装固定电感器将淘汰小电流项目，用1003贴片固定电感器替代，保留 功率型电感。 (2)1003类片状电感器逐步向小型化、叠层化方向发展。 优选库将适应发展方向 而动态调整，这类电感器是通用小电流电感器的优选器件。 (3)1002类可变电感，包括中周和可调线圈，数量少， 只给出目前的优选库。 (4)1004类功率型优选插装，信号型优选表面贴。 (5)1005类主要用于微调，高频使用项目逐步淘汰，中低频使用保留。 (6)1006类是用硅钢片制作的，只能用于工频范围，目前只有MBC采用。 (7)尽量采用网上器件，严格控制新器件数量的增长 (8)不论那种电感器，都不能采用边缘极限规格。
电感器选型规范
c.额定上限工作温度：优选130 ℃等级的材料，即B CLASS。 d.抗电强度： 线圈与磁芯之间施加1500V，50Hz电压，持续时间1min，漏电流要小于1mA，无 击穿和飞弧； e.优选结构类型：工字电感优选。色环电感将逐步淘汰。 对于功率型电感，虽然PULSE、COILCRAFT和TDK有表面贴型产品，但考虑到 目前成本相差太大，以插装为优选。 f.优选磁芯：考虑到成本问题，非标准产品请尽量选用国产磁芯。 g.对公司电气的自设计或公司技术委托公司电气设计用于电源的电感器，根据具 体情况可以不受以上电感标称值限制。具体设计规范按照公司电气《电磁元件外协加 工技术规范》、《电感器设计工艺规范》进行。
如何为开关电源选择合适的电感完整版
如何为开关电源选择合适的电感中心议题：电感的特点降压型开关电源的电感选择升压型开关电源的电感选择解决方案：计算降压型开关电源的电感值计算升压型开关电源的电感值电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零;电感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上,用来平滑电流;电感也被称为扼流圈,特点是流过其上的电流有“很大的惯性”;换句话说,由于磁通连续特性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰;电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题;有的应用允许电感饱和,有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和,也有的应用不允许电感出现饱和,这要求在具体线路中进行区分;大多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随着端电压与电流而变化;但是,开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个分布参数或寄生参数,一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容;杂散电容在低频时影响不大,但随频率的提高而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感也许变成电容特性了;如果将杂散电容“集中”为一个电容,则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性;当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时,不妨考虑下面几个特点：1.当电感L中有电流I流过时,电感储存的能量为：E＝0.5×L×I212.在一个开关周期中,电感电流的变化纹波电流峰峰值与电感两端电压的关系为：V＝L×di/dt2由此可看出,纹波电流的大小跟电感值有关;3.就像电容有充、放电电流一样,电感器也有充、放电电压过程;电容上的电压与电流的积分安·秒成正比,电感上的电流与电压的积分伏·秒成正比;只要电感电压变化,电流变化率di/dt也将变化；正向电压使电流线性上升,反向电压使电流线性下降;计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要;从图1可以看出,流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成,因为交流分量具有较高的频率,所以它会通过输出电容流入地,产生相应的输出纹波电压dv=di×RESR;这个纹波电压应尽可能低,以免影响电源系统的正常操作,一般要求峰峰值为10mV~500mV;纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸,纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%,因此对降压型电源来说,流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%;降压型开关电源的电感选择为降压型开关电源选择电感器时,需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流、占空比;下面以图2为例说明降压型开关电源电感值的计算,首先假设开关频率为300kHz、输入电压范围12V±10%、输出电流为1A、最大纹波电流300mA;最大输入电压值为13.2V,对应的占空比为：D＝Vo/Vi＝5/13.2＝0.3793其中,Vo为输出电压、Vi为输出电压;当开关管导通时,电感器上的电压为：V＝Vi－Vo＝8.2V4当开关管关断时,电感器上的电压为：V＝-Vo－Vd＝-5.3V5dt＝D/F6把公式2/3/6代入公式2得出：升压型开关电源的电感选择对于升压型开关电源的电感值计算,除了占空比与电感电压的关系式有所改变外,其它过程跟降压型开关电源的计算方式一样;以图3为例进行计算,假设开关频率为300kHz、输入电压范围5V±10%、输出电流为500mA、效率为80%,则最大纹波电流为450mA,对应的占空比为：D＝1－Vi/Vo＝1－5.5/12＝0.5427D=1-23.76/36=34%当开关管导通时,电感器上的电压为：V＝Vi＝5.5V823.76当开关管关断时,电感器上的电压为：V＝Vo＋Vd－Vi＝6.8V912.54把公式6/7/8代入公式2得出：359uH最大纹波电流为0.542的情况下161.568uH最大纹波电流为1A的情况下请注意,升压电源与降压电源不同,前者的负载电流并不是一直由电感电流提供;当开关管导通时,电感电流经过开关管流入地,而负载电流由输出电容提供,因此输出电容必须有足够大的储能容量来提供这一期间负载所需的电流;但在开关管关断期间,流经电感的电流除了提供给负载,还给输出电容充电;一般而言,电感值变大,输出纹波会变小,但电源的动态响应也会相应变差,所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整以达到最理想效果;开关频率的提高可以让电感值变小,从而让电感的物理尺寸变小,节省电路板空间,因此目前的开关电源有往高频发展的趋势,以适应电子产品的体积越来越小的要求。
开关电源中色环电感的作用
开关电源中色环电感的作用开关电源是一种将交流电转换为直流电的电力转换设备，广泛应用于各种电子设备中。
而色环电感作为开关电源中的重要组成部分，起着非常关键的作用。
色环电感是一种特殊的电感元件，它的外壳通常由不同颜色的环组成，每个环都代表着不同的电感值。
色环电感通常由多个线圈绕制而成，每个线圈的匝数和直径都不相同，从而使得电感值有所区别。
这种设计使得色环电感能够满足不同的电路需求，提供不同的电感值选择。
色环电感的主要作用是在开关电源中实现电流的储能和滤波。
当开关电源工作时，电流会通过色环电感，而色环电感会将电流储存起来。
当开关断开时，色环电感会释放储存的电流，保持电流的稳定性。
这样可以有效地减小电流的脉动，提高电源的稳定性和可靠性。
除了储能和滤波作用，色环电感还能够实现电流的限制和保护。
在开关电源中，电流的大小需要得到限制，以保证电路和设备的安全运行。
色环电感通过限制电流的大小，防止电流超过设定值，避免电路过载和设备损坏。
同时，色环电感还能够起到短路保护的作用，在短路时将电流限制在安全范围内，保护电源和设备的安全。
色环电感还能够减小开关电源对外界干扰的敏感度。
在开关电源工作时，由于电路的切换和开关动作，会产生一定的电磁干扰。
色环电感通过其特殊的结构和工作原理，能够有效地滤除这些干扰信号，提高开关电源的抗干扰能力，保证电源的工作稳定性和可靠性。
色环电感作为开关电源中的重要组成部分，扮演着储能、滤波、限流和保护等多重角色。
它能够提高开关电源的稳定性和可靠性，保护电源和设备的安全运行。
在不同的电路需求下，通过选择合适的色环电感，可以实现电源的优化设计和性能提升。
因此，色环电感在开关电源中的作用不可忽视，对于电子设备的正常运行起到了至关重要的作用。
开关电源RCD电路参数的选择与计算-11-2
Cd s
Q1
s
Ws =
图6
1 2 Ls I m = Wc + Wr + Wds 2 1 Wc ≈ C∆U c2 2
� 图6为RCD尖峰脉冲电压脉冲吸收保护电路工作原理图。（6）式为流过变压器初级线圈电流的 最大值 Im ；（7）式为变压器励磁线圈储存的能量 Wµ ，（9）为漏感Ls 储存的能量 Ws ， ，其中： Wc ，（8）式为变压器初级线圈的总电感 L
� 根据（9）式，如果忽视电阻R对电容器C充电时的分流作用，以及开关管由导通到完全关断期 间，漏极电流（逐步减小）对电容器C充电时的分流作用（即Cds 的分流作用 ），则（9）式可以 改写为：
1 Ws ≈ Wc ≈ C∆U c2 2
最大值和两端纹波电压的最大值：
——
Q1关断期间
（11）
� 把（6）式代入（11）式，并注意到，当占空比 D≤0.5时，i(0)=0，由此可求得电容C容量的
D
g d Id
U
uo D2
Uo
R
C
uc1
e1 L1
iL1 N1
L2 e2 C2 N2 iL2
uc2
RL
Io
Q1
s
图1
@2. 开关电源中的几个重要分布参数
Ls
U
Ls
T
es
Cs
�反激式开关电源中的
Lµ
is us
ic
i1
uc
Cs
Lµ N1
eµ
R
几个重要分布参数： 1、变压器初级线圈的
N2
RL
U Ld s
2012.11.10
1
开关电源电路设计
@
利用磁环设计电感(choke)的简易步骤!
利用磁环设计电感（choke）的简易步骤！开关电源中，电感的设计也是一个关键步骤，通常电感采用开气隙的铁氧体或者其它材质的磁环来制作。
而利用磁环设计的电感，由于其良好的软饱和特性在开关电源中应用广泛。
目前常见的磁环有，铁粉芯，Koolmu，High flux，mpp等材质，后三种是最近出现的。
特别Koolmu，是magnetics公司力推用来取代铁粉芯的产品。
现以koolmu为例子来设计一个电感第一步，选定磁芯：根据需要的电感量L，和通过电感的最大电流I，算出LI2，根据下图，利用对角曲线和垂直于X轴的直线的交点，找到合适的型号。
比如L=1mH,I=1A.则LI2=1，从曲线上看并无合适的型号，那么往大点取，可以取90u范围中的77314。
第二步，计算绕组匝数：找到77314的电感系数为65nH,那么1mH就需要124匝。
第三步，核算电感量：对于磁环构成的电感，有一个特点就是磁环的磁导率会随着直流励磁强度明显下降。
也就是一个已经设计好的电感，其电感量会随着通过电感的电流增大而减小。
上图为koolmu磁导率和直流励磁强度之间的曲线图。
其中DC magnetizing force=0.4piNI/le其中le为磁路长度，单位为cm。
比如77314的le=5.67cm 那么DCmf=27.5 oersteds那么核对上面的曲线，发现当通过1A电流时候，也就是最大励磁的时候，此时u为初始u值得70%，也就是此时实际电感为0.7mH.对于koolmu，最大励磁下u值在初始u值得的0.5~0.8的范围内都是比较合理的。
第四步，决定线径，当然这个根据电流来决定，而电流密度的选择和散热环境有很大关系。
当然，有时一次计算无法决定最佳设计，可以反复计算，找到最佳设计。
而更具体的设计方法，可以参考magnetics的官网资料。
电子电路的电源转换效率分析考核试卷
5.在开关电源的设计中，磁性元件的选择对效率有很大影响，其中__________是影响最大的因素之一。
（）
6.电源转换器在满载和轻载条件下的效率不同，一般而言，满载时的效率要__________于轻载时的效率。
（）
7.在开关电源中，采用同步整流技术可以减少__________损耗，提高效率。
（）
D.散热设计
10.以下哪些电源拓扑结构适用于高效率、高功率密度的应用？（）
A.半桥
B.全桥
C.正激
D.反激
11.在开关电源中，以下哪些措施可以降低传导损耗？（）
A.使用低损耗的开关器件
B.增加电感的感值
C.减少输出电流
D.提高开关频率
12.以下哪些情况可能导致电源转换器的效率降低？（）
A.输入电压波动
7.优化PCB布局可以减少电磁干扰（EMI），但对电源转换效率没有影响。（×）
8.开关电源的温升主要与输入功率和转换效率有关。（√）
9.在开关电源设计中，开关器件的选择对效率没有太大影响。（×）
10.电源转换器在轻载条件下的效率通常比满载条件下的效率要高。（×）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
B.增加开关器件的开关频率
C.减小输出滤波电容的容量
D.增大输出滤波电容的容量
19.以下哪种情况下，开关电源的效率会降低？（）
A.输出电压高于输入电压
B.输出电压低于输入电压
C.负载电流增大
D.负载电流减小
20.关于电源转换效率，以下哪种说法是正确的？（）
A.转换效率与输入电压无关
B.转换效率与输出电压无关
B.输出电压负载变化
C.环境温度变化
D.电源内部元件老化
电源设计中的电容选用规则
电源设计中的电容选用规则电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。
作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。
电源设计中的电容使用，往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。
一、电源设计中电容的工作原理在电源设计应用中，电容主要用于滤波（filter）和退耦/旁路（decoupling/bypass）。
滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。
根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。
滤波一词起源于通信理论，它是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。
“接收信号”相当于被观测的随机过程，“有用信号”相当于被估计的随机过程。
滤波主要指滤除外来噪声，而退耦/旁路（一种，以旁路的形式达到退耦效果，以后用“退耦”代替）是减小局部电路对外的噪声干扰。
很多人容易把两者搞混。
下面我们看一个电路结构：图中电源为A和B供电。
电流经C1后再经过一段PCB走线分开两路分别供给A和B。
当A 在某一瞬间需要一个很大的电流时，如果没有C2和C3，那么会因为线路电感的原因A端的电压会变低，而B端电压同样受A端电压影响而降低，于是局部电路A的电流变化引起了局部电路B 的电源电压，从而对B电路的信号产生影响。
同样，B的电流变化也会对A形成干扰。
这就是“共路耦合干扰”。
增加了C2后，局部电路再需要一个瞬间的大电流的时候，电容C2可以为A暂时提供电流，即使共路部分电感存在，A端电压不会下降太多。
对B的影响也会减小很多。
于是通过电流旁路起到了退耦的作用。
一般滤波主要使用大容量电容，对速度要求不是很快，但对电容值要求较大。
如果图中的局部电路A是指一个芯片的话，而且电容尽可能靠近芯片的电源引脚。
而如果“局部电路A”是指一个功能模块的话，可以使用瓷片电容，如果容量不够也可以使用钽电容或铝电解电容（前提是功能模块中各芯片都有了退耦电容—瓷片电容）。
开关电源的电感选择和布局布线
开关电源的电感选择和布局布线注意：所有下标的内容均用括斜弧代替，请读者留意！开关电源（SMPS， Switched-Mode Power Supply）是一种非常高效的电源变换器，其理论值更是接近100%，种类繁多。
按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等；按开关控制方式分，有PWM、PFM；按开关管类别分，有BJT、FET、IGBT等。
本次讨论以数据卡电源管理常用的PWM控制Buck、Boost型为主。
开关电源的主要部件包括：输入源、开关管、储能电感、控制电路、二极管、负载和输出电容。
目前绝大部分半导体厂商会将开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar工艺的电源管理IC中，极大简化了外部电路。
其中储能电感作为开关电源的一个关键器件，对电源性能的好坏有重要作用，同时也是产品设计工程师重点关注和调试的对象。
随着像手机、PMP、数据卡为代表的消费类电子设备的尺寸正朝着轻、薄、小巧、时尚的趋势发展，而这正与产品性能越强所要的更大容量、更大尺寸的电感和电容矛盾。
因此，如何在保证产品性能的前提下，减小开关电源电感的尺寸（所占据的PCB面积和高度）是本文要讨论的一个重要命题，设计者将不得不在电路性能和电感参数间进行折中（Tradeoff）。
任何事物都具有两面性，开关电源也不例外。
坏的PCB布局布线设计不但会降低开关电源的性能，更会强化EMC、EMI、地弹（grounding）等。
在对开关电源进行布局布线时应注意的问题和遵循的原则也是本文要讨论的另一重要命题。
一开关电源占空比D、电感值L、效率η公式推导Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑结构，本文将使用如图1-1、1-2所示的电路参考模型[1]：参考电路模型默认电感的DCR（Direct Constant Resistance）为零。
Buck/Boost型开关电源，伴随开关管的开和关，储能电感的电流波形如图1-3所示：从图中可以看到，电感的电流波形等价于在直流I(DC)上叠加一个I(P-P)值为ΔI的交流。
可调电感的型号选择以及调节方法
可调电感的型号选择以及调节方法如何选择模压可调电感的型号是很多工程师关心的问题，我们知道，电感是被动元件，在电路中配合电容电阻等元件使用，完成滤波、升降压、谐振、选频等作用，以下介绍电感的种类及基本参数：按结构分类电感器按其结构的不同可分为线绕式电感器和非线绕式电感器(多层片状、印刷电感等)，还可分为固定式电感器和可调式电感器。
按贴装方式分：有贴片式电感器，插件式电感器。
按工作频率分类：电感按工作频率可分为高频电感器、中频电感器和低频电感器。
按用途分类：电感器按用途可分为振荡电感器、校正电感器、阻流电感器、滤波电感器、隔离电感器、被偿电感器等。
电感的主要特性参数1 电感量L电感量L表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。
除专门的电感线圈(色码电感)外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。
2 感抗XL电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。
它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πf L3 品质因素Q品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R。
线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。
线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。
线圈的Q值通常为几十到几百。
采用磁芯线圈，多股粗线圈均可提高线圈的Q 值。
4 分布电容线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。
分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。
采用分段绕法可减少分布电容。
5 允许误差：电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。
6 标称电流：指线圈允许通过的电流大小，通常用字母A、B、C、D、E分别表示，标称电流值为50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。
可调电感的调节方法电源中改变电感大小的方法通常有两种方法。
一：方法是采用带螺纹的软磁铁氧体，改变铁心在线圈中的位置；二：采用滑动开关，改变线圈匝数，从而改变电感器的电感量。
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/news/201052.html 开关电源设计中电感的选择
【大比特导读】在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。
工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。
本文专注于解释：电感上的DC电流效应。
这也会为选择合适的电感提供必
要的信息。
深入剖析电感电流
――DC/DC 电路中电感的选择
只有充分理解电感在DC/DC电路中发挥的作用，才能更优的设计DC/DC电路。
本文还包
括对同步DC/DC及异步DC/DC概念的解释。
在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。
工程师不仅要选择电感
值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。
本文专注于解释：电感上的
DC电流效应。
这也会为选择合适的电感提供必要的信息。
理解电感的功能
电感常常被理解为开关电源输出端中的LC滤波电路中的L(C是其中的输出电容)。
虽然
这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。
在降压转换中，电感的一端是连接到DC输出电压。
另一端通过开关频率切换连接到输
入电压或GND。
在状态1过程中，电感会通过(高边“high-side”)MOSFET连接到输入电压。
在状态2
过程中，电感连接到GND。
由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通
过二极管接地或通过(低边“low-side”)MOSFET接地。
如果是后一种方式，转换器就称为
“同步(synchronus)”方式。
现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。
在状态1过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。
对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。
相反，在状态2过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。
对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。
我们利用电感上电压计算公式：
V=L(dI/dt)
因此，当电感上的电压为正时(状态1)，电感上的电流就会增加;当电感上的电压为负时(状态2)，电感上的电流就会减小。
通过电感的电流如图2所示：
通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC电流加开关峰峰电流的一半。
上图也称为纹波电流。
根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流：
其中，ton是状态1的时间，T是开关周期(开关频率的倒数)，DC为状态1的占空比。
警告：上面的计算是假设各元器件(MOSFET上的导通压降，电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降)上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。
如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精确计算：
同步转换电路：
异步转换电路：
其中，Rs为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。
Vf 是肖特基二极管的正向压降。
R是Rs加MOSFET导通电阻，R=Rs+Rm。
电感磁芯的饱和度
通过已经计算的电感峰值电流，我们可以发现电感上产生了什么。
很容易会知道，随着通过电感的电流增加，它的电感量会减小。
这是由于磁芯材料的物理特性决定的。
电感量会减少多少就很重要了：如果电感量减小很多，转换器就不会正常工作了。
当通过电感的电流大到电感实效的程度，此时的电流称为“饱和电流”。
这也是电感的基本参数。
实际上，转换电路中的开关功率电感总会有一个“软”饱和度。
要了解这个概念可以观察实际测量的电感Vs DC电流的曲线：
当电流增加到一定程度后，电感量就不会急剧下降了，这就称为“软”饱和特性。
如果电流再增加，电感就会损坏了。
注意：电感量下降在很多类的电感中都会存在。
例如：toroids，gapped E-cores等。
但是，rod core电感就不会有这种变化。
有了这个软饱和的特性，我们就可以知道在所有的转换器中为什么都会规定在DC输出电流下的最小电感量;而且由于纹波电流的变化也不会严重影响电感量。
在所有的应用中都希望纹波电流尽量的小，因为它会影响输出电压的纹波。
这也就是为什么大家总是很关心DC输出电流下的电感量，而会在Spec中忽略纹波电流下的电感量。
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