怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?

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當(dāng)今的消費(fèi)電子產(chǎn)品越來越趨向于小型化、集成化,功能也越來越多,對于續(xù)航的要求自然越來越嚴(yán)格,BUCK電源以其高效率的優(yōu)點(diǎn)是其必然的選擇。

在設(shè)計BUCK電路時,如何選擇電感是一個值得深入思考的問題。雖然IC商會有電感選型推薦,但在滿足性能需求的基礎(chǔ)上選擇最合適的電感,是一個硬件工程師的基本素養(yǎng),否則硬件工程師就會變成抄圖工程師。

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖1

下面介紹如何選擇DCDC BUCK降壓電源的功率電感。

后臺回復(fù):BUCK仿真文件 可以得到仿真源文件

在選擇電感之前,我們首先要知道BUCK電路的基本原理,以及電感的基本參數(shù),一定要先看完之前的文章再回過頭來看這篇文章:

DCDC BUCK降壓電路詳細(xì)原理

了解完BUCK基本原理以及電感的4大參數(shù),我們就可以回過頭來分析電感選型的過程了。

選型的分析是根據(jù)下面的公式,公式的推導(dǎo)過程非常簡單

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖2

a是電流紋波系數(shù),或者紋波率。

上面的公式稍微變形就可以得到下面的公式

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖3

舉個“栗子”:

假定BUCK的輸入是10V輸出是5V,負(fù)載是2A的電流需求,開關(guān)頻率在2Khz,那么求電感值及其Isat參數(shù)。

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖4

  1. 電感值

負(fù)載電路是2A,紋波系數(shù)a按30%來看則,I=2*0.3=0.6A

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖5

電感值通常要留一定余量比如20%-30%,我們暫取20%,則電感選取2.4mH,實(shí)際比較接近的電感值為4.7mH。

為了理解電感值對電流紋波的影響,我們分別對比下2.2mH和4.7mH時電流紋波的大小,見下圖。

圖中紅色為輸出電壓,綠色為輸出電流(1mV=1mA),可以看到在電感選取為2.2mH時,紋波電流峰峰值大約為0.28*2=0.56A,接近Iout*30%=0.6A;而增加電感到4.7uH時電流紋波就小很多,大約為0.13*2=0.26A,只有大約13%。

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖6怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖7

  1. 飽和電流

流過電感的峰值電流

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖8

Isat要大于2.3A,一般建議Isat要比Imax高大約20%-30%,通常我們對于Isat更敏感,實(shí)際選擇的Isat要大于2.3*1.25=2.86A。

  1. 自諧振頻率

理想電感的阻抗隨著頻率增加而增加,而實(shí)際電感具有直流電阻和寄生電容,在低頻處呈現(xiàn)感性,在高頻處呈現(xiàn)容性。這個轉(zhuǎn)折頻率就是電感的自諧振頻率,如下圖所示,我們需要讓電感的自諧振頻率避開它的工作頻率,通常而言這個自諧振頻率要遠(yuǎn)高于開關(guān)頻率,一般可以以10倍頻率作為參考,也就是說開關(guān)頻率要低于諧振頻率的10%。

怎么選擇DCDC BUCK降壓型開關(guān)電源的電感?的圖9

  1. 直流電阻DCR

直流電阻最主要的就是影響B(tài)UCK電路的效率,大的DCR會引起熱損,尤其是在重載情況下,對于DCR具體的選擇沒有特殊要求,基本是越小越好。

根據(jù)以上介紹,我們就可以選出一個合適的電感了。


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