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透過電感損耗看電源功耗,計(jì)算一點(diǎn)不復(fù)雜

2017/03/28
53
  • 1評(píng)論
閱讀需 10 分鐘
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1、概述

電源的功耗是多方面的,包括開關(guān)損耗、輸入 / 輸出電容損耗、控制器靜態(tài)功耗以及電感損耗。本文主要介紹 算起來很簡(jiǎn)單的電感損耗。電感損耗包括兩方面:其一是與磁芯相關(guān)的損耗,即傳統(tǒng)的鐵損;其二是與電感繞組相關(guān)的損耗,即通常所謂的銅損。

Total Power Dissipation(W)= CopperLoss + CoreLoss

CopperLoss = ?IRMS2*?RDC(mΩ)/1000

CoreLoss一般通過查廠商的表格得出。

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某主板上的開關(guān)電源照片

2、計(jì)算方法

以 Pulse 的 PA1513NL 系列的電感為例,采用 PA1513NL.321NLT。在其官網(wǎng)上下載到的 datasheet 如下?;镜膮?shù)為:電感值為 320nH,直流電阻為 0.53±11.3%。

在設(shè)計(jì)中,我們將這個(gè)電阻用在了開關(guān)頻率為 600kHz,負(fù)載電流?ILOAD為 30A 的 BUCK 電路中,其中 Iripple=30%*ILOAD。

根據(jù)以上公式,可以很容易計(jì)算出最大的銅損為:

CopperLoss =? IRMS2* RDC(mΩ)/1000? =(30A)2 *(0.53*111.3% mΩ)/1000 = 0.531W


關(guān)于最大鐵損,先要計(jì)算出△B:(因?yàn)殡姼兄嫡`差是一個(gè)曲線,所以用 normal 值計(jì)算)

△B = .23* L(nH)* △I = 0.23 * 320(nH)* 30% * ILOAD = 662.4?

由于開關(guān)電源工作在 600KHz 的頻率下面,查表可以得到鐵損大概在 0.18W 左右。

那么總的損耗如下:

Total Power Dissipation(W)= CopperLoss + CoreLoss = 0.711W

通過查表,可以得到電感在正常工作的情況下,溫升大概是 45 攝氏度。

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評(píng)估電感的損耗主要作用是,一是看電感的損耗是否會(huì)引起電感過熱的情況,導(dǎo)致電感值下降甚至損壞;第二個(gè)作用是用來調(diào)整電感的參數(shù),提升整個(gè)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率。

3、關(guān)于 CoreLoss

其實(shí)很多電感公司的 datasheet 上都沒有給出 CoreLoss 的計(jì)算方法以及曲線,如果這樣的話,計(jì)算鐵損就幾乎成為一個(gè)不可能事情了。對(duì)于這個(gè)情況,有兩個(gè)建議。

如果這個(gè)電感是用在很大電流的并且比較關(guān)鍵的設(shè)備中的話,那么電感請(qǐng)選有提供鐵損的供應(yīng)商,比如 Pulse,Wurth,JW Miller 等;

如果是在電流比較小或者開關(guān)頻率比較低的場(chǎng)合,一般鐵損并不是關(guān)鍵因素。那么先評(píng)估銅損是否 OK,留有一定的裕量,如果在后續(xù)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)電感過熱的話,想辦法降低電源的開關(guān)頻率,或者采用 DCR 小一點(diǎn)的電感。

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