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淺談3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件--電感（二）

來源：發(fā)布時(shí)間：2019-06-05 點(diǎn)擊量：1312

淺談3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件--電感（二）

接著上文的內(nèi)容繼續(xù)介紹，本文主要介紹3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件之電感的基本屬性和電感磁芯材料的參數(shù)等，下面就請(qǐng)往下看吧。

首先就來說說 3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的屬性，電路是buck 轉(zhuǎn)換電路為例說明濾波電感的設(shè)計(jì)方法。這是常用的降壓調(diào)節(jié)電路，以提供穩(wěn)定和高效的輸出電壓。在變換電路中，設(shè)有LC 濾波電路，濾波電感中的電流含有一個(gè)直流成分和一個(gè)週期性變化的脈動(dòng)成分。

電感L 的作用是濾除占波開關(guān)輸出電流中的脈動(dòng)成分，以減小紋波，也可以看成是續(xù)流用的，當(dāng)開關(guān)斷開的時(shí)候，電感、負(fù)載、續(xù)流二極體就組成了回路。從濾波效果方面考慮，電感量越大，效果越明顯。但是，如果3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感量過大，會(huì)使濾波器的電磁時(shí)間常數(shù)變得很大，使得輸出電壓對(duì)占空比變化的回應(yīng)速度變慢，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的快速性。一味地追求減小輸出電壓的紋波成分是不可取的。所以在設(shè)計(jì)電感參數(shù)時(shí)應(yīng)從減小紋波和保持一定的快速性兩個(gè)方面去考慮。

再來說說 3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的組成材料之磁芯材料和相應(yīng)的參數(shù)吧。

1. 計(jì)算電路中開關(guān)的週期Ｔ：Ｔ=1/f=1/250 kHz=4μs
2. 計(jì)算電路中開關(guān)的占空比Ｄ：Ｄmin=Vo/Vin（max）=5V/ 12V=0.4
3. 計(jì)算開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間Ton：Ton=ＴxＤmin=4μs×0.4=1.6μs
4. 計(jì)算電感的紋波電流dI，一般不超過最大輸出電流的30%： dI=Io×0.3=2A×0.3=0.6A
5. 計(jì)算電感兩端的電壓V：V=Vin（max）-Vout- Vdiode=12V-5V-1V=6V
6. 計(jì)算最小的感應(yīng)系數(shù)，由V=LdI/dt 得出：Lmin＝Vdt/ dI=6V×1.6μs/0.6 A=16μH
7. 計(jì)算考慮誤差的感應(yīng)系數(shù)，考慮到與標(biāo)準(zhǔn)之間20%的偏差和在額定電流下會(huì)有10-35％降幅：L=16μH/（0.8×0.65）=31μH , 再考慮到工作在連續(xù)電流模式下，因此感應(yīng)系數(shù)調(diào)高到33μH。
8. 計(jì)算峰值電流Ipeak：Ipeak=Io（max）+dI/2=2A+0.6A/2=2.3A

3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的結(jié)構(gòu)包括磁芯的尺寸、材料、繞組的匝數(shù)、導(dǎo)線的直徑等內(nèi)容。電感量越大說明相應(yīng)的匝數(shù)也會(huì)增多，磁芯的體積就要大一些；電流越大，說明採用的導(dǎo)線就越粗，也要求磁芯的體積增大。採用高導(dǎo)磁率的材料，同樣的H 情況可以得到更大的B，磁芯的尺寸就會(huì)減小。要測量磁芯耗損通常相當(dāng)困難，因?yàn)槠浒喈?dāng)複雜用來測量磁通密度的測試設(shè)置安排、以及對(duì)遲滯迴路的估算。迄今許多電感器製造商并沒有提供這方面的資料，不過卻有部分可以用來估算出電感器磁芯耗損的一些特性曲線，這可以由鐵氧體材料製造商、峰對(duì)峰磁通密度與頻率的函數(shù)得出。如果知道電感器磁芯所採用的特定鐵氧體材料以及體積大小，那麼就可以利用這些曲線有效地估算出磁芯耗損。

如果選擇線圈N=20 匝，直流阻值0.06ohm，磁芯橫截面積Ａ=0.071cm2，體積0.2cm3 和磁芯損耗為150mW/cm3 材料的電感，則：
磁通量B=（dI× L）/（2×N× A）=（0.6A×33μH）/（2×20×0.071cm2）=700 Gauss；
磁芯損耗P=150mW/cm3×0.2cm3=30mW；
DC 損耗P=I2R=（2A）2 ×0.06 ohm=240mW 。

現(xiàn)在關(guān)于 3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的所有參數(shù)都計(jì)算出來了，接下來就需要根據(jù)參數(shù)挑選合適的電感。根據(jù)電感目錄對(duì)照可以很方便找出合適的電感。以下也給出了一些Tips：
1. 電感電流要依據(jù)設(shè)計(jì)中最大輸出電流來選擇
2. 感應(yīng)系數(shù)的值必須達(dá)到理論的計(jì)算
3. 選擇理想的DC 阻抗，因?yàn)樽杩乖叫?，DC 損耗就越小
4. 選擇合適的電感結(jié)構(gòu)和磁芯類別

通過上面的介紹后，最后也要總結(jié)一下，針對(duì)兩篇的文章內(nèi)容，在目前以消費(fèi)驅(qū)動(dòng)的市場中，為了保持這種競爭優(yōu)勢，設(shè)計(jì)者必須從以上的各項(xiàng)基本原則出發(fā)來選擇和使用高可靠性和緊湊性3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感。而隨著對(duì)電感基本原理的掌握及對(duì)本文的領(lǐng)會(huì)，設(shè)計(jì)者很容易找到合適電路的電感而不必像以前那樣反復(fù)猜測。

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