功率电感器的使用方法

电子系统在显得高操控性的与此同时，会透过减少其所采用的LSI控制器电流来实现低耗电和ED500。控制器电流上升时，电流变动的明确要求值将会显得更为严格，为满足此明确要求优点，高操控性DC-DC放大器的需求不断增加，而输出功率电容器则是以内其操控性的关键组件。责任编辑就符合DC-DC放大器所明确要求优点的输出功率电容器的高工作效率采用方式和优先选择方式的重点项目来进行说明。

输出功率电容器是以内DC-DC放大器操控性的关键组件

电容器(导体)可使沟通交流电阻成功流往，而对于发生改变的电阻，则会产生阻碍其变动的电势。这称为自感应，针对沟通交流电阻，其保有振幅越高朗布龙县透过的物理性质。为此，当电阻流往电容器时能将其存储为热量，过滤电阻时能释放出来热量。输出功率电容器正是利用了此物理性质，因此主要用于DC-DC放大器等控制器电阻中。

图1为升压型DC-DC放大器(二极体整流器型)的基本上电阻，输出功率电容器是以内其操控性的关键组件。

图1 升压型DC-DC放大器(二极体整流器型)的基本上电阻

输出功率电容器优点相关的模块彼此间存有繁杂的取舍亲密关系

输出功率电容器的设计技术难度在于其优点会随电阻大小或环境温度等而发生改变。例如，电容(L)保有随电阻减小而减少的物理性质(三相重合优点)，与此同时，随着电阻减小，环境温度会骤然下降，由此电子组件导磁率(μ)及饱和状态磁表面积(Bs)会发生改变。即使电容值相同，沟通交流电阻(Rdc)值也会随并联的厚薄及数会变动，因此高热的程度也会略有不同。此外，磁过滤结构的差异也会对噪声优点造成影响。

这类模块彼此之间存有繁杂的取舍亲密关系，从DC-DC放大器的工作效率、体积和成本等综合角度出发优先选择最差的输出功率电容器十分关键。

重点项目输出功率电容器的磁体电子组件分成铁芯类与合金类两类

输出功率电容器根据不同工艺技术可大致分成并联型、托柳型、石墨型。与此同时，电子组件材料采用有铁芯类与合金类磁体。铁芯类电子组件中μ较高，由于高电容、合金磁材料电子组件的饱和状态磁表面积出众，因此适宜大电阻化。

重点项目输出功率电容器的额定电阻分成三相重合容许电阻与环境温度下降容许电阻两种。

电子组件变为磁饱和状态后电容值将会下降。可在非磁饱和状态状态下流往的最大电阻为三相重合容许电阻(例：相比初始电容值减少40%)。与此同时，并联电阻引起的高热中所规定的为环境温度下降容许电阻(例：因自高热导致环境温度下降40℃)。一般情况下，该两种容许电阻中，较小的一方为额定电阻。

根据负荷大小或振幅不同损耗也会发生改变

重点项目因为环境温度下降导致的主要损失为并联引起的铜损和电子组件材料引起的铁损

并联引起的损耗称为铜损，电子组件材料引起的损耗称为铁损。铜损主要为并联沟通交流电阻(Rdc)引起的损耗(三相铜损)，其与电阻2次方成比例减小。与此同时，其保有振幅越高，沟通交流电阻越会集中在导体表面附近流往，实际电电阻值增加的物理性质(趋肤效应)，在高频范围中还加上沟通交流电阻引起的铜损(沟通交流铜损)。

铁损主要包括磁滞损耗与涡流损耗。涡流损耗与振幅的2次方成正比，因此在高振幅范围内涡流损耗引起的电子组件损失会增加。实现高工作效率化的重点项目在于即使在高频范围内也优先选择采用电子组件损失较少的电子组件材料。

图2 输出功率电容器损耗原因

重点项目中～重负荷时主要为铜损，而轻负荷时则主要为铁损

输出功率电容器的损耗会因负荷大小而发生改变。中～重负荷时流往电容器的电阻中三相偏置电阻较大，因此主要为并联的沟通交流电阻(Rdc)引起的铜损。而在轻负荷时，由于几乎不会流往三相偏置电阻，因此铜损会下降，但在待机状态下也会有一定振幅的开关工作，因此主要为电子组件材料的铁损，从而工作效率会大幅下降(图3)。

图3 DC-DC放大器负荷大小与输出功率电容器损耗的不同

兼顾波纹电阻的合理电容值的规定方式十分关键

重点项目非连续模式中的采用会对控制器稳定性造成影响

升压型DC-DC放大器的输出功率电容器中，随着开关器件的ON/OFF，会流往三角波相连的波形的波纹电阻(ΔIL)(图4)。中～重负荷时，三相偏置电阻会与波纹电阻重合，因此电容器电阻不会中断。这称为连续模式(Iout>1/2ΔIL)。但二极体整流器型的DC-DC放大器在Iout<1/2ΔIL的轻负荷中会产生电容器电阻变为零的期间。这称为非连续模式，电容器电阻会发生中断，从而会对控制器稳定性造成影响。与此同时，变为非连续模式时能发生啸叫，或在因开关引起的脉冲状电流波形中产生振荡，从而会产生噪声。

图4 二极体整流器型DC-DC放大器的连续模式与非连续模式

重点项目设置电容值来使波纹电阻变为额定电阻的20～30%

波纹电阻的大小与输出功率电容器的电容值有关。因此在二极体整流器型DC-DC放大器的设计中，会透过限制波纹电阻来避免因非连续模式导致的问题。输出功率电容器所需电容值L透过如下公式计算。

电容值L=(施加于电容器的电流/波纹电阻)×Ton

透过该公式可明确电容大小与波纹电阻大小存有取舍亲密关系。从体积与成本方面考虑而采用电容较小的输出功率电容器时，波纹电阻会减小。相反，想要减小波纹电阻时则需要较大的电容，其不仅会对体积及成本方面造成不利，与此同时在后述负荷急剧变动时的过渡响应优点也会变差。因此在通常情况下，应设置电容值来使波纹电阻变为额定电阻的20～30%(额定电阻的10%以内时不连续)(图5)。

图5 波纹电阻与电容值的亲密关系

重点项目透过合理减少电容值可改善负荷响应优点

在负荷剧增等情况下，输出电流会下降，为进行恢复，输出功率电容器中会短时间流往过大的峰值电阻，用以对负荷电阻与输出电容器进行充电。在波纹电阻较小的设置下，可能会无法得到为了立即从输出电流大幅下降状态下恢复所需的过渡响应优点。因此需要采取减少电容值来减小波纹电阻的方式。如图6所示，若负荷响应优点较差，则输出电流将会大幅减少，但透过合理减少电容值减小波纹电阻，则电容器电阻变动将会变大，电流下降幅度将会减少，恢复将会更快。但减少电容值时，在综合考虑平衡的情况下进行设置十分关键。

图6 减少电容值时的过渡响应优点改善效果

重点项目为应对负荷急剧变动时发生的峰值电阻，将电阻峰值设置为过电阻设置值的110~130%

在开关器件及控制电阻等模块化的控制器IC中内置有过电阻保护电阻。过电阻设置值及检测方式等有多个种类，在优先选择外接的输出功率电容器时需要与此同时考虑过电阻保护电阻。相对于峰值电阻，若输出功率电容器的容许电阻无充分冗余，则可能会因过电阻保护电阻工作而引起输出停止。一般情况下，流往输出功率电容器的电阻峰值设置为过电阻设置值的110~130%以内。与此同时，如图7的三相重合优点图标所示，当流往过大的峰值电阻时，电子组件的磁饱和状态保有较柔和的优点(软饱和状态)，适用于不会发生电容值急剧下降的合金类电容器。

图7 铁芯类与合金类的三相重合优点比较

与此同时注意漏磁或啸叫

重点项目输出功率电容器产生的漏磁会对周围造成影响，是引起噪声的原因

输出功率电容器产生的漏磁较大时能对周围组件造成影响，并会产生噪声。为减少漏磁可采用保有磁过滤结构的输出功率电容器，因此优先选择合理类型的产品十分关键。详情请参照以下报道。

[相关页面] 应用注释考虑了漏磁的输出功率电容器选型指南

重点项目在轻负荷下采用PFM方式时能发生输出功率电容器的啸叫问题

为改善DC-DC放大器工作效率，在轻负荷状态下还会采用从在一定振幅下进行开关来控制脉宽的PWM模式替换为固定脉宽来控制振幅的PFM(脉冲振幅调制)模式的方式。但开关振幅在20kHz及以下时，由电子组件的磁致伸缩作用及磁吸引引起的振动会引发啸叫的问题，因此需要注意。负荷电阻的过渡变动也会产生啸叫。

[相关页面] 解决方案指南输出功率电容器的啸叫对策

DC-DC放大器的明确要求优点与输出功率电容器

表1总结了DC-DC放大器的明确要求优点及其相关的输出功率电容器优点。

表1 DC-DC放大器的明确要求优点与输出功率电容器