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DC-DC电源模块中所使用的元器件特点、数据

一、开关电源模块

  无论哪一种DC-DC变换器,主回路使用的元件只是电子开关、电感和电容。电子开关只是快速地开通、快速地关断这两种状态,并且快速地进行转换。只有力求快速,使开关快速地渡过线性放大工作区,状态转换引起的损耗才小。目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管逐渐普及的有IGBT管,还有各种特性较好的新式的大功率开关元件,例如SITf-I(静电感应晶闸管)和MCT(场控制晶体闸流管)。

  值得指出,主回路也不是绝对不出现电阻元件。出现的前提是极有利于控制性能而又不引起多大的损耗,而且限于几十瓦以下的小功率变换器中应用。一般其阻值在毫欧级,其上得到的mV电压可用来作为当前工作周期进行电流控制或保护的信号。


二、电感

  电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,因此理论损耗为零。常为储能元件,也常与电容共用在输人滤波器和输出滤波器上。用于平滑电流,也称它为扼流圈。其特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说,由于“磁通连续”性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰波。

  电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题。应用中有允许其饱和的,有允许其从一定电流值起开始进入饱和的,也有不允许其出现饱和的。在具体线路中要注意区分。在多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随端电压与流过电流而变化。但是,在开关电源中电感,有一个不可忽视的问题,就是电感的绕线所引起两个分布参数(或称寄生参数)的现象。其一是绕线电阻,这是不可避免的。其二是分布式杂散电容,随线制工艺、材料而定。杂散电容在低频时影响不大,随着频率的提高而渐显出来,到某一频率以上时,电感也许变成了电容的特性了。如果将杂散电容“集成”为一个,则从电感的等效电路,可以明白地看出在某一角频率后的电容性。

  在分析电感在线路中工作或绘波形图时,不妨考虑下面几个特点:

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  (1) 在电感L中有电流I流过时,储存有 LI2的能量

  (2) 当电感L两端的电压V为不变时,依V=L 公式可知,忽略内阻R时,电感电流变化率 = V/L,表明电感电流线性增加

  (3) 正在储能的电感器,因为能量不能瞬时突变,若切断电感在变压器原边回路时,能量绝大部分经变压器副边出现的电流输送至负载,原、副边祸合中保持相同的安匝数,维持磁场不变,或每匝伏·秒值不变。

  (4) 就像电容有充、放电流一样,电感器也有充、放电电压。电容上的电压与电流的积分(称为安·秒值)成正比,电感上的电流与电压的积分(称为伏·秒值)成正比,如图1-1所示。只要电感器电压变化,其电流斜率 也变化正向电压,使电流从零线性上升反向电压,电流线性下降,根据能量守恒原理在电感器伏·秒值面积相等的某一时间点上,线性变化的电流重新降到零。


三、电容

  电容是开关电源模块中常用的元件,它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件,但对频率的特性却刚好相反。应用上,主要是“吸收”纹波,具有平滑电压波形的作用。实际的电容并不是理想元件。电容器由于有介质、接点与引出线,造成一个等效电阻。这种等效电阻在开关电源中小信号反馈控制上,以及输出纹波抑制的设计上,起着不可忽视的作用。另外电容等效电路上有一个串联的电感,它在分析电容器滤波效果时,非常重要。有时加大电容量并不能使电压波形平直,就是因为这个串联寄生电感起着副作用。

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    电容的串联电阻是与接点和引出线有关,也与电解液有关。常见电解电容电解质的成份为AL2O3,导电率∈比空气约大七倍,为了继续能提高电容量,把铝箱表面做成有规律的凸凹不平状,使氧化膜表面积加大(因为电容量与表面积成正比)。加入的电解液可在凹凸面上流动。电解液受温度影响,温度下降,电阻加大,即电容串联电阻加大。高温长寿命电容的阻抗随温度下降而增加的情况示于图1-2中。

  温度下降,等效串联电阻(ESR)加大,导致电容寿命减短,这是铝电解电容的缺点。为了改善这一缺点,将电解液覆盖在氧化膜表面后将其干燥,形成固体式电解质电容,即“祖电容”。目前又用有机半导体代替电解液,也是固体式电解质电容称为“OS电容”。“OS电容”的串联电阻小了许多,在图1-3中示出常用几种电容的串联电阻值,以供比较。

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  在开关,电源模块www.gztoppower.com.中的电容器,工作时平均电流为零,但因充、放电电流波形不同,有效值电流是很大的。例如,市电整流输人到开关电源的滤菠电路电容,其充电只在市电正弦半波瞬时值高于电容上直流电压一个短时内才发生,而且是低频的(50Hz),由电容放电供电给开关电源,放电频率是高频的(与开关频率相同)。有效值电流ic(rms)比负载电流Io大,其计算式为:

  ic(rms)=1.12Io

  电容器的选择,除考虑有效值外尚要考虑纹波电压和耐压的要求。了解更多电源模块信息请点击http://www.gztoppower.com/news/industry.html


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