浅谈DC-DC的功率电感是越大越好? 还是越小越好?
2024-05-29 11:04:08 6,350
问题:DC-DC的功率电感 是越大越好? 还是越小越好?
回答: 刚刚好最好,过大过小都不好。
首先由公式可知:
电感值越大 其Ripple越小 亦即电流越稳定。
进而降EMI辐射干扰。
但过大的电感值 会使得瞬时反应变慢。
亦即电流变化 跟不上电压变化。
有可能Switch Off时 电流却还在上升阶段。
有可能Switch On时 电流却还在下降级段。
再来从自我谐振频率的角度分析:
一般来讲 功率电感的自我谐振频率至少要切换频率的10倍以上。
例如, 若切焕频率2.5 MHz 则自我谐振频率至少要大于25 MHz。
但我们也发现 功率电感值越大则自我谐振频率越低。
亦即越难达成上述目标。
而从内阻的角度分析:
电感值越大表示绕圈数越多,内阻越高。
这会使得转换效率下降,以及加大IR Drop。
再有在物理尺寸与热管理方面
功率电感的尺寸直接关系到其能承受的最大电流和能量存储能力。通常,电感值较大的电感体积也会相对较大,这不仅占用更多的电路板空间,还可能影响散热设计。在高功率应用中,良好的热管理至关重要,过大的电感可能导致局部温升过高,影响系统长期运行的可靠性和寿命。
成本与可制造性方面
从经济角度考虑,大型电感的成本往往高于小型电感。这包括材料成本、生产复杂度以及可能增加的组装难度。因此,在满足性能要求的前提下,选择合适尺寸的电感有助于控制整体成本,提高产品的市场竞争力。
动态响应特性
在快速变化的负载条件下,电感的动态响应能力直接影响电源的输出质量。过大电感虽然提供了较好的纹波抑制,但可能导致输出电压对负载变化的响应迟缓,影响系统的动态性能。相反,较小的电感虽能提供更快的响应速度,但可能会牺牲纹波抑制能力。因此,需要根据具体应用的需求来权衡这两者。
开关损耗与噪声
电感的选择还会间接影响开关器件(如MOSFET)的开关损耗。大电感在开关转换期间会产生较大的电压尖峰,增加开关损耗并可能产生额外的电磁噪声。优化电感值可以帮助减少这些负面影响,提升系统效率和电磁兼容性。
系统工作模式与效率优化
在不同的DC-DC转换拓扑(如降压、升压或反相等)和工作模式(连续导通模式、不连续导通模式)下,对功率电感的要求也不尽相同。例如,在轻载条件下,使用较小的电感可以避免进入不连续导通模式,从而保持高效率。反之,在重载或要求严格输出稳定性的应用中,可能需要较大的电感以确保电流的平滑供应。
所以我们归纳一下:
功率电感值加大时的好处跟坏处
很明显有好有坏,这也是为何一开始所说,功率电感的值,不是越大越好,不是越小越好,而是刚刚好最好。