




开关电源
开关电源(***PS, Switched-Mode Power Supply)是一种非常***的电源变换器,其理论值更是接近100%,种类繁多。按拓扑结构分,有Boost、Charge-pump等;按开关控制方式分,有PWM、PFM;实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。按开关管类别分,有BJT、FET、IGBT等。本次讨论以数据卡电源管理常用的PWM控制Boost型为主。
开关电源的主要部件包括:输入源、开关管、储能电感、控制电路、二极管、负载和输出电容。目前绝大部分半导体厂商会将开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar工艺的电源管理IC中,极大简化了外部电路。其中储能电感作为开关电源的一个关键器件,对电源性能的好坏有重要作用,同时也是产品设计工程师***关注和调试的对象。随着像手机、PMP、数据卡为代表的消费类电子设备的尺寸正朝着轻、薄、小巧、时尚的趋势发展,而这正与产品性能越强所要的更大容量、更大尺寸的电感和电容矛盾。因此,如何在保证产品性能的前提下,减小开关电源电感的尺寸(所占据的PCB面积和高度)是本文要讨论的一个重要命题,设计者将不得不在电路性能和电感参数间进行折中(Tradeoff)。其中储能电感作为开关电源的一个关键器件,对电源性能的好坏有重要作用,同时也是产品设计工程师***关注和调试的对象。
任何事物都具有两面性,开关电源也不例外。坏的PCB布局布线设计不但会降低开关电源的性能,更会强化EMC、EMI、地弹(grounding)等。在对开关电源进行布局布线时应注意的问题和遵循的原则也是本文要讨论的另一重要命题。
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铁氧体材料的电感解说
铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容小。铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。电感简介及作用电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。
共模电感与差模电感
共模电感和差模电感都是抗电磁干扰有效的元器件之一,广泛应用于各种滤波器、开关电源等产品,但是共模电感是用来***共模干扰,而差模电感是用来***差模干扰,两种都是比较重要的滤波电感。
如下图是某EMI滤波电路部分电路图,其中L1是共模电感,它有1-4总共四个引脚,而L2和L3是差模电感,它分别有1-2两个引脚,可以看出差模电感经过交流电源电流,这种差模电感能够耐很大的交流电流,一般成对出现。