功率电感的评价装置、以及功率电感的评价程序的制作方法

文档序号:10489105阅读:355来源:国知局
功率电感的评价装置、以及功率电感的评价程序的制作方法
【专利摘要】本发明涉及功率电感的评价装置,其目的在于提供在DC-DC转换器的设计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现功率电感的选定、设计的最佳化的功率电感的评价装置。功率电感的评价装置(1)具备:存储部(21),其存储具有作为参数包含直流叠加特性的斜率(α)以及饱和电流(Isat)的功率电感的等效电路模型(110)的DC-DC转换器的模拟模型(100);以及判定部(22),其在DC-DC转换器的模拟模型(100)引入直流叠加特性的斜率(α)和饱和电流值(Isat)并进行模拟,并基于模拟结果是否满足设计要求(例如允许纹波电压、峰值电流等),来判定能否使用具有该直流叠加特性的斜率和饱和电流值的功率电感。
【专利说明】
功率电感的评价装置、以及功率电感的评价程序
技术领域
[0001] 本发明涉及DC-DC转换器所使用的功率电感的评价装置、以及功率电感的评价程 序。
【背景技术】
[0002] 近年,在电子设备中,例如IC的低驱动电压化和电路电流的增大化正在进步,广泛 地使用转换效率优异的斩波方式(开关方式)的DC-DC转换器。斩波方式的DC-DC转换器主 要组合开关元件、功率电感、电容器、以及二极管等构成,将任意的直流电压降压或者升压 (转换)为所希望的直流电压。
[0003] 在DC-DC转换器的设计中,为了验证例如纹波电压、过电流极限等设计要求,应用 电路模拟器,以往,提出了使用功率电感的DC - DC转换器的各种模拟方法(例如,参照非专 利文献1、2)。
[0004] 非专利文献I: B · M Hasaneen and Adel A · Elbaset Mohammed,"DESIGN OF SIMULATION OF DC/DC BOOST ⑶NVERTER",Power System Conference,2008.MEPCON 2008.12th International Middle-East,IEEE,12March 2008,p.334-340
[0005] 非专利文献2:Christophe BatarcUFrederic Poitiers,Christophe Millet and Nicolas Ginot, uMATLAB-A Fundamental Tool for Scientific Computing and Engineering Applications - Volumel(Chapter3)Simulator! of Power Converters Using Matlab - Simulimk",INTECH,26Septmber 2012,p.43 -68
[0006] 然而,由于在DC-DC转换器中抑制交流电流,使电流平滑化的功率电感一般来说 使用磁性材料,所以具有由于直流电流的叠加而电感变化(降低)的直流叠加特性(电流依 存性)。然而,在以往的模拟中,利用理想的RLGC元件(电阻R、电容C、电感L、电导G)使功率电 感模型化,而未考虑直流叠加特性。
[0007] 因此,在使用模拟,例如考虑纹波电压、过电流极限等要件进行设计时,需要选定 能够在DC-DC转换器的动作范围内忽略直流叠加特性的功率电感。其结果,根据情况,需要 取大到需要以上的余量。

【发明内容】

[0008] 本发明是为了消除上述问题点而完成的,目的在于提供一种在DC-DC转换器的设 计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现功率电感的选定、设计的最佳化的功率电 感的评价装置、以及功率电感的评价程序。
[0009] 本发明所涉及的功率电感的评价装置的特征在于,具备:存储单元,其存储具有作 为参数包含直流叠加特性的斜率、以及饱和电流的功率电感的等效电路模型,并模拟DC - DC转换器的电路模型;受理单元,其受理包含成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的 斜率及饱和电流值、以及允许纹波电压及峰值电流的至少任意一方的要件的输入;以及判 定单元,其在具有功率电感的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型引入由受理单元受 理的直流叠加特性的斜率及饱和电流值并进行运算,并基于运算结果是否满足上述要件, 判定能否使用具有该直流叠加特性的斜率及饱和电流值的功率电感。
[0010] 然而,由于对于直流叠加特性的斜率较大的功率电感来说若超过饱和电流(Isat) 则立刻磁饱和,所以电感急剧地降低。另一方面,由于对于直流叠加特性的斜率较小的功率 电感来说即使超过饱和电流而电感的降低也缓慢,所以不容易产生贯穿现象。这里,根据本 发明所涉及的功率电感的评价装置,能够考虑功率电感的直流叠加特性的斜率来判定是否 满足所希望的要件,即判定能否使用该功率电感(直流叠加特性的斜率和饱和电流值)。因 此,在DC - DC转换器的设计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现功率电感的选 定、设计的最佳化。其结果,能够使用在以往的方法中判定为不能够使用的例如小型的功率 电感、廉价的功率电感。
[0011] 在本发明所涉及的功率电感的评价装置中,优选存储单元按照每个功率电感,将 该功率电感与该功率电感的直流叠加特性的斜率及饱和电流值建立关联并存储,受理单元 代替成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的斜率及饱和电流值,而受理确定该功率电 感的信息的输入,判定单元从存储单元获取与已受理的功确定率电感的信息对应的直流叠 加特性的斜率及饱和电流值,判定能否使用该功率电感。
[0012] 这样一来,能够通过输入确定想要评价的功率电感的信息(例如编号等),判定能 否使用该功率电感。因此,能够不输入功率电感的直流叠加特性的斜率、饱和电流值,而判 定能否使用功率电感,所以能够提高使用者的操作容易性。
[0013] 在本发明所涉及的功率电感的评价装置中,优选上述功率电感的等效电路模型使 用费米分布函数来近似直流叠加特性的斜率。
[0014] 这样一来,能够更适当地使非线性的直流叠加特性的斜率近似(表现)。
[0015] 在本发明所涉及的功率电感的评价装置中,优选还具备综合针对多个直流叠加特 性的斜率和饱和电流值的组合的各个而判定的能否使用的结果,获取判定为能够使用的直 流叠加特性的斜率与饱和电流值的组合的一览的获取单元。
[0016] 该情况下,获取了判定为能够使用的直流叠加特性的斜率和饱和电流值的组合的 一览,所以使用者(例如DC - DC转换器的设计者)在设计DC - DC转换器时,能够容易地选定 更适当的功率电感。
[0017] 本发明所涉及的功率电感的评价装置的特征在于,具备:存储单元,其存储具有作 为参数包含直流叠加特性的实际测量值数据的功率电感的等效电路模型,且模拟DC-DC转 换器的电路模型;受理单元,其受理包含成为判定对象部件的功率电感的直流叠加特性的 实际测量值数据、以及DC-DC转换器的动作条件及允许纹波电压和峰值电流的至少任意一 方的要件的输入;以及判定单元,其在具有功率电感的等效电路模型的DC - DC转换器的电 路模型引入由受理单元受理的直流叠加特性的实际测量值数据并进行运算,并基于运算结 果是否在上述动作条件下满足上述要件,来判定能否使用该功率电感。
[0018] 根据本发明所涉及的功率电感的评价装置,能够使用成为判定对象部件的功率电 感的直流叠加特性的实际测量值数据,判定是否在规定的动作条件下满足所希望的要件, 即考虑功率电感的直流叠加特性的斜率判定能否使用该功率电感。因此,在DC - DC转换器 的设计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现功率电感的选定、设计的最佳化。其 结果,能够使用在以往的方法中判定为不能够使用的例如小型的功率电感、廉价的功率电 感。
[0019] 在本发明所涉及的功率电感的评价装置中,优选存储单元按照每个功率电感,将 该功率电感与该功率电感的直流叠加特性的实际测量值数据建立关联并存储,受理单元代 替成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的实际测量值数据,而受理确定该功率电感的 信息的输入,判定单元从存储单元获取与已受理的确定功率电感的信息对应的直流叠加特 性的实际测量值数据,并判定能否使用该功率电感。
[0020] 这样一来,能够通过输入确定想要评价的功率电感的信息(例如编号等),判定能 否使用该功率电感。因此,能够不输入功率电感的直流叠加特性的斜率、饱和电流值,而判 定能否使用功率电感,所以能够提高使用者的操作容易性。
[0021] 优选本发明所涉及的功率电感的评价装置还具备:获取单元,其综合改变DC - DC 转换器的动作条件而判定的能否使用的多个结果,获取判定为能够使用的DC-DC转换器的 动作条件的范围。
[0022]该情况下,获取了判定为能够使用的DC - DC转换器的动作条件的范围,所以使用 者(例如DC-DC转换器的设计者)在DC-DC转换器的设计时,能够容易地选定更适当的功率 电感。
[0023]此时,在本发明所涉及的功率电感的评价装置中,优选上述DC - DC转换器的动作 条件包含输入电压、输出电压、动作频率、以及输出电流中至少任意一个。
[0024] 该情况下,能够获取能够使用的输入电压、输出电压、动作频率、或者输出电流的 范围。因此,使用者(例如DC-DC转换器的设计者)在DC-DC转换器的设计时,能够容易地选 定更适当的功率电感。
[0025] 本发明所涉及的功率电感的评价程序的特征在于,使计算机作为上述任意一个功 率电感的评价装置发挥作用。
[0026] 通过执行本发明所涉及的功率电感的评价程序,计算机作为功率电感的评价装置 (即,存储单元、受理单元、判定单元、以及获取单元)发挥作用。其结果,如上述那样,在DC - DC转换器的设计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现功率电感的选定、设计的最 佳化。
[0027]根据本发明,在设计DC-DC转换器时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现 功率电感的选定、设计的最佳化。
【附图说明】
[0028]图1是表示第一实施方式所涉及的功率电感的评价装置的构成的框图。
[0029]图2是表示应用了第一实施方式所涉及的功率电感的评价装置所使用的功率电感 的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型的一个例子的图。
[0030] 图3是表示功率电感的直流叠加特性(斜率)的例子的图。
[0031] 图4是表示第一实施方式所涉及的功率电感的评价装置的功率电感的评价处理 (可否使用判定处理)的处理顺序的流程图。
[0032]图5是表示实施例(条件1)的模拟结果(峰值电流Ipeak)的图。
[0033]图6是表示实施例(条件2)的模拟结果(峰值电流Ipeak)的图。
[0034]图7是表示第二实施方式所涉及的功率电感的评价装置的构成的框图。
[0035] 图8是表示应用了第二实施方式所涉及的功率电感的评价装置所使用的功率电感 的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型的一个例子的图。
[0036] 图9是表示第二实施方式所涉及的功率电感的评价装置的功率电感的评价处理 (可否使用判定处理)的处理顺序的流程图。
[0037] 图10是表示执行功率电感的评价程序的计算机的构成的框图。
【具体实施方式】
[0038] 以下,参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。此外,图中,对同一或 者相当的部分使用同一符号。另外,在各图中,对同一要素附加同一符号并省略重复的说 明。
[0039]第一实施方式
[0040]首先,使用图1对第一实施方式所涉及的功率电感的评价装置1的构成进行说明。 图1是表示功率电感的评价装置1的构成的框图。图2是表示应用了功率电感的评价装置1所 使用的功率电感的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型(模拟模型)的一个例子的图。 [0041 ]功率电感的评价装置1是在DC-DC转换器的设计时,支援实现功率电感的选定、设 计的最佳化的装置。为此,功率电感的评价装置1具有输入受理部10、信息处理单元20、以及 显示部30。另外,信息处理单元20具备存储部21、判定部22、以及获取部23。
[0042]输入受理部10例如,由键盘、触摸面板、指示装置、以及受理来自外部的数据输入 的外部输入接口等构成。输入受理部1 〇受理成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的斜 率(电感与在功率电感中流动的直流电流对应地减少的斜率)α、以及饱和电流值(与不流动 直流电流时相比较电感降低规定比例(例如30 % )时的直流电流值)I sat的输入。此外,如后 述那样,在确定成为判定对象的功率电感的信息(例如编号等)与该功率电感的直流叠加特 性的斜率α以及饱和电流值I sat相对应地存储的情况下,代替直流叠加特性的斜率α以及饱 和电流值Isat,受理部10受理确定成为判定对象的功率电感的信息(编号等)的输入。另外, 输入受理部10受理包括允许纹波电压、以及峰值电流的设计要求的输入。即,输入受理部10 作为技术方案所记载的受理单元发挥作用。
[0043]此外,在生成后述的功率电感的等效电路模型110、以及包含该等效电路模型110 的DC-DC转换器的电路模型100时,或者,在移植另外生成的这些模型并存储时,输入受理 部10受理模型的生成操作,或者模型的移植操作。由输入受理部10受理的各种信息输出给 信息处理单元20。
[0044]信息处理单元20在预先存储的包含功率电感的等效电路模型110的DC-DC转换器 的电路模型100引入通过输入受理部10输入的功率电感的直流叠加特性的斜率α和饱和电 流值Isat并进行模拟,并基于是否满足所希望的设计要求,来进行对是否能够使用该直流 叠加特性的斜率α以及饱和电流值Isat的组(功率电感)的判定(评价)。
[0045] 信息处理单元20由进行运算处理的微处理器、存储用于使该微处理器执行各处理 的程序、模拟模型等信息的R0M、硬盘(HDD)、暂时存储运算结果等各种数据的RAM、通过二次 电池等保持其存储内容的备份RAM、以及输入输出I/F等构成。在信息处理单元20中,通过由 微处理器执行存储于R〇M、HDD的程序,实现存储部21、判定部22、以及获取部23的功能。 [0046]存储部21例如,由上述的R0M、HDD等构成,存储作为参数包含由输入受理部10受理 的直流叠加特性的斜率α、以及饱和电流值Isat的功率电感的等效电路模型110、和具有该 功率电感的等效电路模型110,并模拟DC-DC转换器的电路模型(模拟模型)100。即,存储部 21作为技术方案所记载的存储单元发挥作用。此外,存储部21也可以按照多个功率电感的 每一个,将该功率电感与该功率电感的直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值Isat建立关 联并预先存储。
[0047]这里,包含功率电感的等效电路模型110的DC - DC转换器的电路模型(模拟模型) 100如图2所示。这些模型例如,能够使用凌力尔特(Linear Technology)社提供的LTspice 生成。但是,也可以代替这些模型,而使用以其它的模拟器生成的模型、基于数学方程式的 数值分析法等。
[0048]在本实施方式中,将作为控制IC的凌力尔特社制的LTC3612的IC模型120与功率电 感的等效电路模型110组合使用。功率电感的等效电路模型110是在反映了不叠加直流的情 况下的特性的基本电路追加将依据电流变化的L和R的影响换算为电压的元件亦即电压源 模型(电流控制电压源)的构成,能够指定直流叠加特性的斜率α以及饱和电流Isat。另外, 在本实施方式中,使用费米分布函数使直流叠加特性的斜率α近似。更具体而言,以下式(1) 与实际测量的直流叠加特性一致的方式决定α。
[0049] 【式1】
[0050]
· ( 1 )
[0051 ] 这里,L1是初始电感,L2是饱和后的电感,Isat是电感降低30%时的电流值(饱和电 流值)。另外,β根据下式(2)求出。
[0052] 【式2】
[0053]
· (2)
[0054]这里,如上述那样求出的功率电感的直流叠加特性(斜率α)的例子如图3所示。图3 的横轴是在功率电感中流动的直流电流值(A),纵轴是电感(μΗ)。在图3中,示出了斜率α不 同(α?~α32)的六种功率电感的直流叠加特性。在图3所示的例子中,对于各个功率电感来 说,由于流动的直流电流的增加而降低的电感的斜率α不同,但电感降低30 %时的电流值 (饱和电流值Isat)为相同的值(3Α)。此外,这里,在以往的评价方法中,不考虑这些斜率α的 不同,而仅利用饱和电流值Isat判断能否使用功率电感。
[0055]返回到图1,判定部22在具有功率电感的等效电路模型110的DC-DC转换器的电路 模型100引入直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值Isat进行模拟(运算),并基于其模拟 (运算)结果是否满足所希望的设计要求(例如纹波电压、峰值电流等),判定能否使用该直 流叠加特性的斜率α以及饱和电流值Isat的组合(功率电感)。即,判定部22作为技术方案所 记载的判定单元发挥作用。
[0056]此外,在确定成为判定对象的功率电感的信息(例如编号等)与该功率电感的直流 叠加特性的斜率α以及饱和电流值Isat相对应地存储的情况下,判定部22从存储部21获取 与受理的确定功率电感的信息(例如编号等)对应的直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值 I sat,并判定能否使用该直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值I sat的组合(功率电感)。此 外,判定部22的判定结果被输出给获取部23。
[0057]获取部23综合(汇总)针对多个直流叠加特性的斜率α与饱和电流值Isat的组合的 各个而判定的能否使用的结果,获取判定为能够使用的直流叠加特性的斜率α与饱和电流 值Isat的组合的一览(参照后述的表2、3)。即,获取部35作为技术方案所记载的获取单元发 挥作用。此外,判定部22的判定结果、由获取部23获取的一览表被输出给显示部30。
[0058] 显示部30例如,由LCD显示器等构成,显示判定部22的判定结果、由获取部23获取 的一览表等。另外,显示部30也显示由输入受理部10受理的输入数据等。
[0059] 接下来,参照图4对功率电感的评价装置1的动作进行说明。图4是表示功率电感的 评价装置1的功率电感的评价处理(能否使用判定处理)的处理顺序的流程图。
[0060] 在步骤SlOO中,生成功率电感的等效电路模型110、以及具有该等效电路模型110 的DC - DC转换器的电路模型100 (输入电压Vin,输出电压Vout,动作频率Freq,输出电流 lout)(或者从外部输入)并存储。
[0061] 接着,在步骤S102中,输入(指定)能够允许的纹波电压以及峰值电流等。另外,在 步骤S104中,输入(指定)功率电感的直流叠加特性的斜率α以及饱和电流I sat。
[0062]接下来,在步骤S106中,在具有功率电感的等效电路模型110的DC-DC转换器的模 拟电路100引入功率电感的直流叠加特性的斜率α以及饱和电流I sat并执行模拟。然后,基 于模拟(运算)结果是否满足所希望的设计要求(纹波电压、峰值电流等),来判定能否使用 该直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值I sat的组合(功率电感)。
[0063]接着,在步骤S108中,扫描功率电感的直流叠加特性的斜率α以及饱和电流Isat, 并与上述的步骤S106相同,判定能否使用直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值I sat的组 合(功率电感)。
[0064] 然后,在步骤S110中,输出在步骤S106以及步骤S108中得到的评价结果(能否使用 直流叠加特性的斜率α以及饱和电流值Isat的组合的一览表(参照表2、3))等,并被显示于 显示部30。之后,本处理结束。
[0065] 实施例
[0066]这里,针对具有表1所示的动作条件(条件1、条件2)的两种DC-DC转换器,使用直流 叠加特性的斜率α和饱和电流值Isat,判定能否使用功率电感。此外,判定使用了图2所示的 DC-DC转换器的模拟模型100。另外,判定基准为功率电感内的峰值电流Ipeak是否达到停止 DC-DC转换器的动作的极限电流(参照表1)。
[0067]【表1】 L0069」对于条件1,图5示出使功率电感的饱
和电流Isat以作为最大输出电流的2(A)为中 心,在1.5(A)~2.5(A)之间变化,使直流叠加特性的斜率α在1~32之间变化的情况下的、功 率电感内的峰值电流I peak的模拟结果。另外,表2示出总结了每个直流叠加特性的斜率α的 功率电感的能否使用的一览表。
[0070]图5的横轴是饱和电流Isat(A),纵轴是峰值电流Ipeak(A)。如图5所示,确认了在 直流叠加特性的斜率α在2以下的情况下,即使使最大电流下降500(mA)饱和电流值Isat也 不会引起误动作而能够使用。另外,确认了对于每个斜率α能够使用的饱和电流值Isat不 同。
[0071] 即,如表2所示,确认了在斜率α为8的情况下,即使饱和电流值Isat为1.9(A)也能 够使用。另外,确认了在斜率α为1、2、4的情况下,即使饱和电流Isat为1.5(A)也能够使用。 此外,在不考虑斜率α的以往的方法中,饱和电流Isat在2.1(A)以下被全部判断为不能够使 用。
[0072]【表2】
[0074]同样地,对于条件2,图6示出使功率电感的饱和电流Isat以作为最大输出电流的 1.5 (A)为中心,在1.0 (A)~2.0 (A)之间变化,并使直流叠加特性的斜率α在1~32之间变化 的情况下的、功率电感内的峰值电流I peak的模拟结果。另外,表3示出总结了每个直流叠加 特性的斜率α的功率电感的能否使用的一览表。
[0075]图6的横轴是饱和电流Isat(A),纵轴是峰值电流Ipeak(A)。如图6所示,确认了在 直流叠加特性的斜率α在2以下的情况下,即使使最大电流下降500(mA)饱和电流值Isat也 不会引起误动作而能够使用。另外,确认了对于每个斜率α能够使用的饱和电流值Isat不 同。
[0076] 即,如表3所示,确认了在斜率α为4的情况下,即使饱和电流值Isat为1.2(A)也能 够使用。另外,确认了在斜率α为1、2的情况下,即使饱和电流I sat为1.0 (A)也能够使用。此 外,在不考虑斜率α的以往的方法中,饱和电流Isat在1.4(A)以下全部被判断为不能够使 用。
[0077]【表3】
[0079] 以上,如详细说明的那样,根据本实施方式,能够考虑功率电感的直流叠加特性的 斜率α判定是否满足所希望的设计要求,即能否使用该功率电感。因此,在DC - DC转换器的 设计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够选定更适当的功率电感。其结果,能够使用 在以往的方法中判定为不能够使用的例如小型的功率电感、廉价的功率电感。
[0080] 另外,根据本实施方式,通过输入确定想要评价的功率电感的信息(例如编号等), 能够判定能否使用该功率电感。因此,能够不输入功率电感的直流叠加特性的斜率α、饱和 电流值Isat,而判定能否使用功率电感,所以能够提高使用者的操作容易性。
[0081] 根据本实施方式,由于使用费米分布函数使功率电感的直流叠加特性的斜率α近 似,所以能够使非线形性的直流叠加特性的斜率α更适当地近似(表现)。
[0082] 根据本实施方式,由于获取判定为能够使用的直流叠加特性的斜率α与饱和电流 值Isat的组合的一览,所以使用者(例如DC - DC转换器的设计者)在设计DC - DC转换器时, 能够容易地选定更适当的功率电感。
[0083]第二实施方式
[0084]在上述的第一实施方式所涉及的功率电感的评价装置1中,在DC - DC转换器的电 路模型1 〇〇输入直流叠加特性的斜率α以及饱和电流I sat,但也可以构成为输入直流叠加特 性的实际测量值。另外,在上述的功率电感的评价装置1中,判定并输出是否能够使用直流 叠加特性的斜率α与饱和电流Isat的组,但也能够构成为利用上述直流叠加特性的实际测 量值(功率电感)判定能够使用的DC-DC转换器的动作条件(例如输出电流lout)的范围并 输出。
[0085]因此,接下来,一并使用图7、8,对第二实施方式所涉及的功率电感的评价装置2进 行说明。这里,对于与上述的第一实施方式所涉及的功率电感的评价装置1 一样或者相同的 构成使说明简单化或者省略,主要对不同点进行说明。图7是表示第二实施方式所涉及的功 率电感的评价装置2的构成的框图。另外,图8是表示应用了功率电感的评价装置2所使用的 功率电感的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型的一个例子的图。此外,在图7、8中对 与第一实施方式相同或者同等的构成要素附加相同的附图标记。
[0086]功率电感的评价装置2在代替信息处理单元20,而具备信息处理单元20B这一点, 与上述的功率电感的评价装置1不同。另外,信息处理单元20B在代替存储部21而具备存储 部21B,代替判定部22而具备判定部22B,代替获取部23而具备获取部23B这些点,与信息处 理单元20不同。其它的构成与上述的功率电感的评价装置1 一样或者相同,所以这里省略详 细的说明。
[0087]输入受理部10受理成为判定对象部件的功率电感的直流叠加特性的实际测量值 数据。此外,在确定成为判定对象的功率电感的信息(例如编号等)与该功率电感的直流叠 加特性的实际测量值数据相对应地存储的情况下,输入受理部10代替实际测量值数据,而 受理确定成为判定对象的功率电感的信息(编号等)的输入。另外,输入受理部10受理DC- DC转换器的动作条件、以及允许纹波电压、峰值电流等设计要求的输入。
[0088]信息处理单元20B在预先存储的包含功率电感的等效电路模型IlOB的DC-DC转换 器的电路模型100B引入功率电感的直流叠加特性的实际测量值数据来进行模拟(运算),并 基于在规定的DC-DC转换器的动作条件下是否满足所希望的设计要求,来进行是否能够使 用该功率电感的判定(评价)。另外,扫描DC-DC转换器的动作条件,进行相同的判定,并以 某个功率电感为对象,获取功率电感电流的纹波以及功率电感内的峰值电流满足所希望的 规格的DC-DC转换器的一览。
[0089]存储部21B存储由输入受理部10受理的直流叠加特性的实际测量值数据、以及具 有能够指定直流叠加特性的实际测量值数据作为参数的功率电感的等效电路模型110B,并 模拟DC-DC转换器的电路模型(模拟模型)100B。此外,存储部21B也可以按照多个功率电感 的每一个,将该功率电感与该功率电感的直流叠加特性的实际测量值数据建立关联并预先 存储。
[0090] 这里,图8示出包含功率电感的等效电路模型IlOB的DC-DC转换器的电路模型(模 拟模型)100B JC - DC转换器的电路模型100B相对于上述的电路模型100,能够处理直流叠 加特性的实际测量值数据。此外,在DC - DC转换器的电路模型IOOB中,例如,能够作为变量 处理DC - DC转换器的输入电压Vin、输出电压Vout、动作频率Freq、输出电流Iout等动作条 件。但是,也可以代替这些模型,而使用以其它的模拟器生成的模型、基于数学方程式的数 值分析法等。
[0091] 判定部22B在具有功率电感的等效电路模型IlOB的DC-DC转换器的电路模型100B 引入直流叠加特性的实际测量值数据进行模拟(运算),并基于其模拟(运算)结果在DC-DC 转换器的规定的动作条件(例如输出电流Iout等)下是否满足所希望的设计要求(例如能够 允许的纹波电压、峰值电流等),判定能否使用该功率电感(判定对象部件)。
[0092] 此外,在确定成为判定对象的功率电感的信息(例如编号等)与该功率电感的直流 叠加特性的实际测量值数据相对应地存储的情况下,判定部22B从存储部21B获取与受理的 确定功率电感的信息(例如编号等)对应的直流叠加特性的实际测量值数据,并判定能否使 用该直流叠加特性的实际测量值数据(功率电感)。此外,判定部22B的判定结果被输出给获 取部23B。
[0093]获取部23B综合(汇总)改变DC-DC转换器的动作条件而判定的能否使用的多个结 果,获取判定为能够使用的DC - DC转换器的动作条件的范围(参照后述的表6)。此外,判定 部22B的判定结果、由获取部23B获取的一览表被输出给显示部30。
[0094]接下来,参照图9对功率电感的评价装置2的动作进行说明。图9是表示功率电感的 评价装置2的功率电感的评价处理(能否使用判定处理)的处理顺序的流程图。
[0095]在步骤S200中,生成功率电感的等效电路模型110B、以及具有该等效电路模型 IlOB的DC-DC转换器的模拟电路100B(输入电压Vin,输出电压Vout,动作频率FreqjUai 流lout)(或者从外部输入)并存储。
[0096]接着,在步骤S202中,输入(指定)DC-DC转换器的动作条件(例如输出电流lout)、 以及能够允许的纹波电压、峰值电流等设计要求。另外,在步骤S204中,输入(指定)功率电 感的直流叠加特性的实际测量值数据。
[0097]接下来,在步骤S206中,在具有功率电感的等效电路的DC - DC转换器的模拟电路 100B引入功率电感的直流叠加特性的实际测量值数据并执行模拟(运算)。然后,基于模拟 (运算)结果是否在规定的动作条件(例如输出电流lout)下满足所希望的设计要求(纹波电 压、峰值电流等),判定能否使用该直流叠加特性的实际测量值数据(功率电感)。
[0098]接着,在步骤S208中,扫描DC - DC转换器的动作条件,并与上述的步骤S206相同, 判定能否使用直流叠加特性的实际测量值数据(功率电感)。
[0099] 然后,在步骤S210中,输出在步骤S206以及步骤S208得到的评价结果(能够使用功 率电感的DC - DC转换器的动作条件的范围(参照表6)等,并被显示于显示部30。其后,本处 理结束。
[0100] 实施例
[0101] 这里,如表4所示,以尺寸、饱和电流last、以及直流叠加特性的斜率α不同的六种 功率电感(样本1~6)为对象,针对表5所示的DC-DC转换器的规格(条件),计算能够满足极 限电流(设定为输出电流+IA)的输出电流I out的范围。此外,判定使用了图8所示的DC - DC 转换器的模拟模型100B。
[0102] 【表4】
[0106]通过模拟,计算不超过极限电流的输出电流Iout的结果如表6所示。如表6所示,例 如斜率α较小的样本I (Isat1.5A,α2)在以往的评价中只能使用到1.5(A),但在本实施例的 评价中,确认了能够使用到2.25(A)。另外,样本3(Isat2A,a2)在以往的评价中只能够使用 到2(A),但在本实施例的评价中,确认了能够使用到2.75(A)。同样地,样本5(Isat2.5A,α2) 在以往的评价中只能够使用到2.5(A),但在本实施例的评价中,确认了能够使用到3.0(A)。 此外,也确认了在斜率α较大的样本2、4、6中,只能够在与以往的评价相同的范围内使用。 [0107]【表6】
[0109] 如以上那样,根据本实施方式,能够使用成为判定对象部件的功率电感的直流叠 加特性的实际测量值数据来判定是否在规定的动作条件(规格)下满足所希望的设计要求, 即考虑功率电感的直流叠加特性的斜率来判定能否使用该功率电感。因此,在DC - DC转换 器的设计时,不需要取大到需要以上的余量,而能够选定更适当的功率电感。其结果,能够 使用在以往的方法中判定为不能够使用的例如小型的功率电感、廉价的功率电感。
[0110] 另外,根据本实施方式,通过输入确定想要评价的功率电感的信息(例如编号等), 能够判定能否使用该功率电感。因此,该情况下,能够不输入功率电感的直流叠加特性的实 际测量值数据,而判定能否使用功率电感,所以能够提高使用者的操作容易性。
[0111] 特别是,根据本实施方式,由于获取了判定为能够使用的DC - DC转换器的动作条 件(规格)的范围,所以使用者(例如DC - DC转换器的设计者)在设计DC - DC转换器时,能够 容易地选定更适当的功率电感。
[0112] 接下来,参照图10,对使计算机作为上述的功率电感的评价装置1(或者2)发挥作 用的功率电感的评价程序进行说明。图10是表示用于执行功率电感的评价程序的计算机5 的构成的框图。
[0113] 计算机5具备控制功率电感的评价程序52的执行等的控制部(CPU)50、存储了功率 电感的评价程序52等的硬盘51、存储器(RAM)53、由显示器等构成的显示部54、由键盘等构 成的输入部55、能够读取被记录于CD - ROM等记录介质的程序等的读取装置56、由LAN网卡 构成的LAN接口 57。这里,例如,通过执行由读取装置56读取并存储(安装)于硬盘51的功率 电感的评价程序52,计算机5作为构成上述的功率电感的评价装置1的输入受理部10、存储 部21(21B)、判定部22(22B)、获取部23(23B)、以及显示部30发挥作用。
[0114] 根据本实施方式,通过执行功率电感的评价程序52,计算机5作为功率电感的评价 装置1(即,输入受理部10、存储部21、判定部22、以及获取部23)发挥作用。其结果,如上述那 样,在设计DC - DC转换器时,不需要取大到需要以上的余量,而能够实现功率电感的选定、 设计的最佳化。
[0115] 以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于上述实施方式而能 够进行各种变形。例如,在上述的实施方式中,使用费米分布函数使直流叠加特性的斜率α 近似,但斜率α的近似方法(表现方法)并不限定于使用费米分布函数的方法。
[0116] 另外,在上述第二实施方式中,使用直流叠加特性的实际测量值数据,获取能够使 用的DC-DC转换器的动作范围,但也可以构成为使用直流叠加特性的斜率α以及饱和电流 值Isat,获取能够使用的DC-DC转换器的动作范围。
[0117] 附图符号说明
[0118] 1、2…功率电感的评价装置,5…计算机,10···输入受理部,20、20Β·"信息处理单 元,21、21Β···存储部,22、22Β···判定部,23、23Β···获取部,30···显示部,50…控制部,5l···硬 盘,52···功率电感的评价程序,53···存储器,54···显示部,55···输入部,56···读取装置,100、 100B…DC-DC转换器的电路模型(模拟模型),110、110B…功率电感的等效电路模型。
【主权项】
1. 一种功率电感的评价装置,其特征在于,具备: 存储单元,其存储功率电感的等效电路模型,并模拟DC - DC转换器的电路模型,该功率 电感具有作为参数包含直流叠加特性的斜率、以及饱和电流; 受理单元,其受理包含成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的斜率及饱和电流 值、以及允许纹波电压及峰值电流的至少任意一方的要件的输入;以及 判定单元,其在具有上述功率电感的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型引入由 上述受理单元受理的直流叠加特性的斜率及饱和电流值并进行运算,并基于运算结果是否 满足上述要件,判定能否使用具有该直流叠加特性的斜率及饱和电流值的功率电感。2. 根据权利要求1所述的功率电感的评价装置,其特征在于, 上述存储单元按照每个功率电感,将该功率电感与该功率电感的直流叠加特性的斜率 及饱和电流值建立关联并存储, 作为成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的斜率及饱和电流值的替代,上述受理 单元受理确定该功率电感的信息的输入, 上述判定单元从上述存储单元获取与已受理的确定上述功率电感的信息对应的直流 叠加特性的斜率及饱和电流值,来判定能否使用该功率电感。3. 根据权利要求1或者2所述的功率电感的评价装置,其特征在于, 上述功率电感的等效电路模型使用费米分布函数来近似直流叠加特性的斜率。4. 根据权利要求1~3中任意一项所述的功率电感的评价装置,其特征在于,还具备: 获取单元,其综合针对多个直流叠加特性的斜率和饱和电流值的组合的各个而判定的 能否使用的结果,获取判定为能够使用的直流叠加特性的斜率与饱和电流值的组合的一 览。5. -种功率电感的评价装置,其特征在于,具备: 存储单元,其存储功率电感的等效电路模型,且模拟DC - DC转换器的电路模型,该功率 电感具有作为参数包含直流叠加特性的实际测量值数据; 受理单元,其受理包含成为判定对象部件的功率电感的直流叠加特性的实际测量值数 据、以及DC-DC转换器的动作条件及允许纹波电压和峰值电流的至少任意一方的要件的输 入;以及 判定单元,其在具有上述功率电感的等效电路模型的DC-DC转换器的电路模型引入由 上述受理单元受理的直流叠加特性的实际测量值数据并进行运算,并基于运算结果是否在 上述动作条件下满足上述要件,来判定能否使用该功率电感。6. 根据权利要求5所述的功率电感的评价装置,其特征在于, 上述存储单元按照每个功率电感,将该功率电感与该功率电感的直流叠加特性的实际 测量值数据建立关联并存储, 作为成为判定对象的功率电感的直流叠加特性的实际测量值数据的替代,上述受理单 元受理确定该功率电感的信息的输入, 上述判定单元从上述存储单元获取与已受理的确定上述功率电感的信息对应的直流 叠加特性的实际测量值数据,来判定能否使用该功率电感。7. 根据权利要求5或者6所述的功率电感的评价装置,其特征在于,还具备: 获取单元,其综合改变上述DC - DC转换器的动作条件而判定的能否使用的多个结果, 获取判定为能够使用的DC-DC转换器的动作条件的范围。8. 根据权利要求7所述的功率电感的评价装置,其特征在于, 上述DC - DC转换器的动作条件包括输入电压、输出电压、动作频率、以及输出电流中至 少任意一个。9. 一种功率电感的评价程序,其特征在于, 使计算机作为权利要求1~8中任意一项所述的功率电感的评价装置发挥作用。
【文档编号】G06F17/50GK105843980SQ201610059931
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】山长功
【申请人】株式会社村田制作所
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1