损耗最小化输出滤波电感的设计.PDF

损耗最小化输出滤波电感的设计 任小永 姚凯 旷建军 阮新波 （南京航空航天大学航空电源重点实验室， 江苏 南京210016 ） 摘要：在开关电源中，输出滤波电感有储能和平滑滤波输出电压的重要作用。传统设计方法是以临界连 续电流为依据根据经验选取输出滤波电感值。这种方法的缺点是没有严格考虑输出电感上电流脉动对变换器 的影响，而电感电流脉动量直接影响输出电压的质量、输出电感的制作及电源整体工作的可靠性。本文基于 电感电流脉动对变换器的影响，提出了一种损耗最小化的输出电感设计方法，并以Buck 变换器为例进行了实 验验证。 叙词：输出滤波电感，脉动电流，损耗最小化 1. 引言 传统输出滤波电感设计通常是以临界 连续电流为依据，或根据经验选取电感电流 计算机、通信以及照明产品的日趋小型 脉动量，从而选择电感值，这种方法的缺点 化、绿色化进程对给其供电的开关电源提出 是没有严格考虑输出电感值大小对变换器 了越来越高的要求，高效率、高功率密度、 效率和动态性能的影响。而且在估算效率的 高可靠性成为开关电源发展的趋势[1-7]，而其 时候，常常都认为电感电流是恒定的，从而 中高效率是提高功率密度和可靠性的一个 导致效率的计算值与实测值相差较大。 重要因素。 本文针对高效率的需求，以 Buck 变换 半导体器件的发展一直是模块电源发 器为例，通过对效率的详细分析，总结出电 展的动力，它直接推动了模块电源的效率的 感值对效率的影响，提出一种损耗最小化 提高。其影响效率的主要因素为导通电阻、 （Minimal Power Loss ，MPL ）的设计方法， 门极充电电荷量以及开关时间。以 30V 的 并进行实验验证。实验与理论计算结果均表 MOSFET 为例，随着其导通电阻由原先的 明采用该方法是正确可行的。 15mΩ减小到目前的 3mΩ左右，12V输入 3.3V/15A输出的模块电源的效率相应由以前 2. Buck 变换器损耗分析 [8-12] 的88 ％上升到目前的92 ％ 。 本文主要讨论带同步整流的 Buck 变换 目前，半导体的发展已经到了相对平稳 器（如图 1）的电感设计，其思路可以推广 的阶段，硅半导体开关器件的性能进一步提 到其它变换器。带同步整流的 Buck 变换器 高的空间相对较小。传统设计中依靠更换开 S S 由主控管 、同步整流管 、输出滤波电感 1 2 关器件来提高效率的效果已不再那么明显。 L C