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DC-DC电感选型时自谐振频率要大于10倍开关频率?

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前面讲过电源的阻抗频率特性曲线,也提到了自谐振频率,明确了随频率变化阻抗的变化趋势。我突然有个疑问:电感的感值随着频率如何变化呢?于是就有了今天要讨论的内容。

   

两个问题


   

   


照例,先抛出来2个问题:
问题1:电感的阻抗会随着频率发生变化,那电感的感值随着频率如何变化呢?
问题2:开关电源中电感选型时为什么自谐振频率要大于10倍开关频率?
注意这里说的是问题,而不会之前经常讲的面试题。因为在面试中不太会问这个点,但是这个问题涉及电感器件应用的基本面,有必要单独拎出来讨论下。

   

阻抗频率特性


   

   


上图为TDK的VLS5045EX-100M的阻抗频率特性曲线,可以看出:

①自谐振频率f0为22MHz;

②当频率<f0时,随着频率增高,阻抗Z是增大的,此时电感呈感性;

③当频率>f0时,随着频率增高,阻抗Z是降低的,此时电感呈容性。

这些内容比较基础,这里只是简单回顾下,想必屏幕前的你已经比较熟悉了。那电感的感值频率曲线又是怎样的呢?

   

电感频率特性


   

   


上图为TDK的10uH电感VLS5045EX-100M电感频率特性曲线,可以看出:

①在自谐振频率点22MHz左右,电感感值达到最大值46.87uH;

②从1kHz~10MHz范围内,电感感值稳定在10uH;

③频率超过自谐振频率后,电感感值开始快速下降。下降到什么程度,在该曲线中未体现出来。

那么我们再看TDK的另外一颗2.2uH的电感MLF1005G2R2KTD25。如下图所示,当频率超过自谐振频率后,感值急剧下降,从2.2uH降到0.029uH,变为原来的1/100


   

总结


   

   


说到这里,我想应该可以知道文章开头两个问题的答案。

电感的感值随着频率如何变化

(前提:暂不考虑温度和电流值的影响)
①当频率<f0时,电感感值会长期稳定在额定感值;
②当频率在f0附近时,电感感值会大于额定感值;
③当频率>f0时,电感感值会急剧下降,甚至变为原来的1/100或者更小。

而在开关电源应用中,一旦开关频率fsw贴近或者超过电感自谐振频率f0,电感感值会增大或者变得非常小,甚至会呈容性,电路设计偏离原有设计逻辑,导致整体功能异常,甚至损耗周围器件。

保证f0>10fsw,就是为了让电感有足够的设计裕量来保证其感值稳定性


TDK电感VLS5045EX-100M网址
https://product.tdk.com.cn/zh/search/inductor/inductor/smd/info?part_no=VLS5045EX-100M

TDK电感MLF1005G2R2KTD25网址
https://product.tdk.com.cn/zh/search/inductor/inductor/smd/info?part_no=MLF1005G2R2KTD25

 


以上所述,部分内容涉及个人理解,如有觉得不妥,欢迎留言讨论。

      怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深,就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么?


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来源:硬件微讲堂
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首次发布时间:2023-05-12
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