功率電感是指可以通過大電流的電感,主要應用于DCDC轉換器,作用是能量的中轉站。(注:任何電感器在通電后,都會有一定的功率,如果電感器的電流遠小于導體的允許電流,一般不稱其為功率電感器)
功率電感是決定DCDC轉換器性能的核心元件,它不僅為DCDC提供關鍵的電壓調節能力,還幫助DCDC通過積累并釋放能量來維持連續的電流,可為不同電壓等級的電源系統提供大電流和大電感。
在接通直流電(DC)時,電流能自由通過功率電感器,而在接通交流電(AC)時,電感器將發揮電阻的作用,當搭配執行高速開關使用時,功率電感器可促使DCDC將電壓轉換到所需水平。
在開關器件導通時,功率電感器會存儲能量,開關器件斷開時,則會釋放能量并流過電流。
目前DCDC變換器最熱門的應用無疑是儲能和汽車兩類,這兩個應用都需要DCDC變換器在更寬的溫度范圍里提供更穩定的功率,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轉換器效率,需要功率電感損耗更低;想要將減小DCDC轉換器尺寸,需要功率電感采用新的積層技術、薄膜技術;想要提高電流能力,需要強化功率電感磁芯;想要提高輸出穩定性,需要提高直流特性、溫度特性;想要提高過渡響應特性,需要優化功率電感電感值和紋波電流;想要降低轉換器噪音,需要降低功率電感漏磁。
這些參數之間,存在著互相制約的復雜關系,DCDC轉換器各種特性會隨電流大小或溫度等而發生變化?;谶@種復雜的相互制約關系,功率電感的選擇需要從DCDC轉換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發。
如磁芯的選擇,DCDC轉換器性能提升后,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異,更適合大電流化。
在DCDC轉換器中,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,直流電阻值也會隨繞組的粗細及匝數的變化發生變化,并且發熱的程度也會影響到最終的損耗,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,國內市場已有近7成功率電感采用或即將采用一體成型技術進一步提高性能。
高性能的DCDC轉換器需要在高性能功率電感的選擇上權衡各方面參數的影響,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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