浅谈3D打印机电源等开关电源的组成件--电感（二）

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浅谈3D打印机电源等开关电源的组成件--电感（二）

来源：发布时间：2019-06-05 点击量：1225

浅谈3D打印机电源等开关电源的组成件--电感（二）

接着上文的内容继续介绍，本文主要介绍3D打印机电源等开关电源的组成件之电感的基本属性和电感磁芯材料的参数等，下面就请往下看吧。

首先就来说说 3D打印机电源等开关电源的电感的属性，电路是buck 转换电路为例说明滤波电感的设计方法。这是常用的降压调节电路，以提供稳定和高效的输出电压。在变换电路中，设有LC 滤波电路，滤波电感中的电流含有一个直流成分和一个週期性变化的脉动成分。

电感L 的作用是滤除占波开关输出电流中的脉动成分，以减小纹波，也可以看成是续流用的，当开关断开的时候，电感、负载、续流二极体就组成了回路。从滤波效果方面考虑，电感量越大，效果越明显。但是，如果3D打印机电源等开关电源的电感量过大，会使滤波器的电磁时间常数变得很大，使得输出电压对占空比变化的回应速度变慢，从而影响整个系统的快速性。一味地追求减小输出电压的纹波成分是不可取的。所以在设计电感参数时应从减小纹波和保持一定的快速性两个方面去考虑。

再来说说 3D打印机电源等开关电源的电感的组成材料之磁芯材料和相应的参数吧。

1. 计算电路中开关的週期Ｔ：Ｔ=1/f=1/250 kHz=4μs
2. 计算电路中开关的占空比Ｄ：Ｄmin=Vo/Vin（max）=5V/ 12V=0.4
3. 计算开关导通时间Ton：Ton=ＴxＤmin=4μs×0.4=1.6μs
4. 计算电感的纹波电流dI，一般不超过最大输出电流的30%： dI=Io×0.3=2A×0.3=0.6A
5. 计算电感两端的电压V：V=Vin（max）-Vout- Vdiode=12V-5V-1V=6V
6. 计算最小的感应系数，由V=LdI/dt 得出：Lmin＝Vdt/ dI=6V×1.6μs/0.6 A=16μH
7. 计算考虑误差的感应系数，考虑到与标准之间20%的偏差和在额定电流下会有10-35％降幅：L=16μH/（0.8×0.65）=31μH , 再考虑到工作在连续电流模式下，因此感应系数调高到33μH。
8. 计算峰值电流Ipeak：Ipeak=Io（max）+dI/2=2A+0.6A/2=2.3A

3D打印机电源等开关电源的电感的结构包括磁芯的尺寸、材料、绕组的匝数、导线的直径等内容。电感量越大说明相应的匝数也会增多，磁芯的体积就要大一些；电流越大，说明採用的导线就越粗，也要求磁芯的体积增大。採用高导磁率的材料，同样的H 情况可以得到更大的B，磁芯的尺寸就会减小。要测量磁芯耗损通常相当困难，因为其包含相当複杂用来测量磁通密度的测试设置安排、以及对迟滞迴路的估算。迄今许多电感器製造商并没有提供这方面的资料，不过却有部分可以用来估算出电感器磁芯耗损的一些特性曲线，这可以由铁氧体材料製造商、峰对峰磁通密度与频率的函数得出。如果知道电感器磁芯所採用的特定铁氧体材料以及体积大小，那麽就可以利用这些曲线有效地估算出磁芯耗损。

如果选择线圈N=20 匝，直流阻值0.06ohm，磁芯横截面积Ａ=0.071cm2，体积0.2cm3 和磁芯损耗为150mW/cm3 材料的电感，则：
磁通量B=（dI× L）/（2×N× A）=（0.6A×33μH）/（2×20×0.071cm2）=700 Gauss；
磁芯损耗P=150mW/cm3×0.2cm3=30mW；
DC 损耗P=I2R=（2A）2 ×0.06 ohm=240mW 。

现在关于 3D打印机电源等开关电源的电感的所有参数都计算出来了，接下来就需要根据参数挑选合适的电感。根据电感目录对照可以很方便找出合适的电感。以下也给出了一些Tips：
1. 电感电流要依据设计中最大输出电流来选择
2. 感应系数的值必须达到理论的计算
3. 选择理想的DC 阻抗，因为阻抗越小，DC 损耗就越小
4. 选择合适的电感结构和磁芯类别

通过上面的介绍后，最后也要总结一下，针对两篇的文章内容，在目前以消费驱动的市场中，为了保持这种竞争优势，设计者必须从以上的各项基本原则出发来选择和使用高可靠性和紧凑性3D打印机电源等开关电源的电感。而随著对电感基本原理的掌握及对本文的领会，设计者很容易找到合适电路的电感而不必像以前那样反复猜测。

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