广州市爱浦电子科技有限公司

爱浦工程师读《精通开关电源》后留下的总结和疑问（3）

2.15.2 确定r需考虑的连续导通模式

变换器进入DCM模式，那么变换器内部很多东西会突然变化。例如占空比就会在负载电流减小时迅速地变窄。DCM下变换器的相应速度也会变慢。

这里说到的，为什么会变慢？不太理解，谁能给解释下

噪声和电磁干扰(EMI)分布也会突然变化。

设计者总是希望能够避免进入DCM工作模式。

有三种方法来使变换器进入临界连续（BCM）或者断续模式（DCM）：

1，降低负载 2，选择小电感 3，增加输入电压

对于所有拓扑，所有模式

r=Von*D/（IL*L*f）

任何变换器中，输出电压首先和内部参考电压做比较，然后两者的差值经误差放大器滤波，放大与翻转，误差放大器的输出作为脉冲宽度调节。

斜率补偿，这是公认的解决电流模式中宽窄脉冲交替出现的方法。

对于解决电流控制模式的次谐波震荡。

斜率补偿的斜率等于电感电流下降斜率的一般，或者更多。

次谐波震荡只在CCM模式下发生。

L*IL=Et/r（任意拓扑）

形象表达L*I=伏秒数/电流纹波率（任意拓扑）

增加电流值，必须减小电感量。

2.16 实际例子

假设变换器的输入电压范围为15-20V，输出电压为5V，输出电流为5A，如果开关频率为200KHZ，那么电感值为多多？

1 ）对于BUCK变换器，应该在Vinmax（20V）处设计电感

2）占空比可求得Vo/Vin=5/20=0.25

3）周期是1/f=1/200KHZ=5us

4)关断时间toff是（1-D）*T=（1-0.25）*5=3.75us

5）伏秒数是Vo*toff=5*3.75=18.75us

6）r=0.4，Et=18.75us，可得L*I=45uHA    

7）负载电流时5A，所以IL=Io=5A

8）因此，可得到L=45/5=9uH

9)电感的额定值少是（1+r/2）*IL=1.2*5=6A

结论：需要9uH/6A的电感。

我的疑惑，这里算出来的9uH/6A的电感式工作在CCM还是DCM模式，还是BCM啊，求大神给解答一下。

SI制（国际标准制单位）

MKS制（国际电位）

CGS制（北美用的一种）

H场：磁场强度，场强，磁化力，叠加场  单位A/M

B场：磁通密度或磁感应Wb/（m*m）

磁通量：一个表面上B的总量

磁力线不是开始于任何点，一个封闭表面上的B的总和是0.

B=uH.

空气磁导率Uo=4π*10的-7幂

线圈的电感量：通过线圈的磁通量相对于通过它的电流的比值

电感量和匝数的平方成正比

变换器的两个关键方程：

B=L*I/(N*A)      

(非独立电压方程)

Bac=Von*D/（2*N*A*f）      

（独立电压方程）

B和I是相互成正比关系

比例常数L/(N*A)

2.17 实际例子-----不增加线圈匝数

一般铁氧体磁心的饱和磁通密度为0.3T左右

设计者需要牢记，在功率变换器中基本的前提是，对一定应用场合，大的电感量需要相应大的电感与其相匹配！

只增加匝数而没有增加电感的体积自然是一种产生灾难的方法。

Bpk=L*Ipk/(N*A)

增加匝数（分母）可以降低Bpk的值，但是，L的值是正比于匝数的平方，分子变化的更加多，所以，不是降低Bpk，而是增加Bpk

2.17.5 磁芯损耗

磁芯损耗决定于不同因素--磁通密度摆幅，开关频率和温度

磁芯损耗=单位体积的磁芯损耗*体积

在书中76页，表2-6中有一个常用磁性材料的典型磁芯损耗系数，磁性厂家有Micrometals公司，Magnetics Inc公司

Ferroxcube公司 TDK公司 Fair-Rite公司，估计他们都是做的好的吧。

同时，这里有一个东西没看明白，有三个参数我不懂什么意思，不知道哪位可以解答一下。

第二栏的C，下面对应的是4.3E-10,6.4E-10....，这个C是代表着什么啊？

第三栏的p(Bp)下面有2.41,2.27,2.03是各个厂家不同产品的值，这个p（Bp）又是代表什么啊？

第四栏的的d（fd）下面是1.13,1.18,1.36，这个的d（fd）又是什么啊？

求帮助

下面将介绍普通电感设计步骤，设计电感首先考虑峰值电流的恶劣输入电压。对于BUCK变换器，我们考虑Vinmax，因为这时候峰值电流达到其值。

例子：Buck变换器：输入电压18-2V，输出电压12V，负载电流1A，期望电流纹波率为0.3(负载电流处)。

假设Vsw=1.5V，Vd=0.5V，并且f=150KHZ。选择一个产品电感并验证。

2.18.1 估计必要条件

对于BUCK变换器，占空比D=（Vo+Vd）/(Vin-Vsw+Vd)

所以D=（12+0.5）/（24-1.5+0.5）=0.543

开关导通时间Ton=D/f=0.543/150000=3.62us

开关导通期间，电感上电压时Von=Vin-Vsw-Vo=24-1.5-12=10.5V

所以，伏秒数Et=Von*ton=10.5*3.62=38.0Vus

用L*I方程得(L*IL)=Et/r

可得到(L*Il)=38/0.3=127uHA

若r0.3，则峰值电流比平均电流大15%

即Ipk=（1+r/2）*IL=1.15*1=1.15A

选择美国普斯公司的一个电感产品-PO150

IDC=0.99A

LDC=137UH

Et=59.4us

DCR=387

Et100=10.12

2.18.2电流纹波率

（L*IL）=Et/r

所以r=Et/(L*IL)

r=59.4/(137*0.99)=0.438

我们的应用场合r=38/（137*1）=0.277

可以接受

还要考虑线圈损耗，磁芯损耗，温升

2.18.3峰值电流

应用场合中峰值电流小于电感设计的峰值电流，这种选择是安全的。

完全也可认为应用中磁通密度B的峰值也在电感设计的范围内。

对于电感而言，若不同的应用场合有同样的直流电流与伏秒数，则电感工作情况必然完全相同。即不必考虑电感用在那种拓扑，或者占空比多大。

磁芯损耗总是小于线圈损耗。

Et100=10.12Vus

意味着产生100G的Bac需要的伏秒数是10.12.

Bac=▲B/2.

所以相应的▲B是200G（对每个10.12Vus）

2.19 计算其他恶劣应力

磁芯损耗只占总损耗的一笑部分。

选择二极管的窍门：使选定二极管的额定电流至少等于恶劣平均电流的两倍。

因为二极管正向压降随额定电流上升而降低，可以降低损耗

选择二极管的额定电压至少比恶劣二极管电压打20%

2.19.3开关管恶劣损耗

对于所有拓扑，平均输入电流必须随输入电压降低而增加。

对于所有拓扑，开关管有效值电流在Vinmin（Dmax）处。

选择开关管的原则额定电流等于于开关管电流有效值2倍。

选择开关管的额定电压至少比下面给的恶劣开关管电压大20%

2.19.4 输出电容恶劣损耗

选择输出电容的基本原则是使其额定电流纹波率等于或大于恶劣电容电流的有效值。

选定电容的额定电压至少比实际应用场合中电压打20%-50%

输入电容恶劣损耗

使其额定电流纹波等于或大于恶劣电容电流有效值。选的不恰当EMI在这里也会通过变换器传到输出。

输入电压纹波必须低于输入电压的5%-10%。