??關(guān)注“電源先生”，解析開關(guān)電源??

1 / 簡介 /

公式1是BOOST電路電感平均電流的計算方法，如下：

將電流紋波系數(shù)選擇為電感平均電流的20%~40%的情況下，BOOST電路的電感值通過公式2計算：

這里需要注意的是，r = 20% ~ 40% 電流紋波系數(shù)建議值并未考慮電感元件的“封裝尺寸”這個因素。對于BOOST電路來說，該建議值只是電感選型的起點或參考因素之一。甚至，在BOOST電路的低功耗應(yīng)用中，它既不是決定電感量的唯一因素，也不是最重要的因素。此文，以TI TPS61046 器件為例，給出一種在低功耗應(yīng)用中選擇電感的流程。該流程兼顧了封裝尺寸、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性和電流限制。

2 / 電感值計算實例 /

2.1 轉(zhuǎn)換效率的限制

電感的第一個限制因素是轉(zhuǎn)換效率。

在如下穿戴設(shè)備的PMOLED應(yīng)用中，顯示屏供電為12V、20mA，輸入電壓為1cell鋰離子電池。

使用公式1計算得到電感平均電流最大值為79mA：

在取 r = 0.3 的情況下，使用公式2計算得到的電感量為107uH：

此例中可用的電感量為100uH。

大多數(shù)供應(yīng)商提供的電感器典型值如表2所示。單位可以是納亨（nH）、微亨（µH）和毫亨（mH）。

矛盾點在于：穿戴設(shè)備中要求電感元件的尺寸很小，100uH這么大的電感量必然對應(yīng)著大DCR和小飽和電流，這又會降低轉(zhuǎn)換效率。

2.2 數(shù)據(jù)手冊(穩(wěn)定性)的限制

電感的第二個限制因素是穩(wěn)定性。

TPS61046 數(shù)據(jù)手冊提供了如表 3 所示的推薦外部元件值范圍。電感值限制在 1 µH 至 22 µH 之間。使用該范圍內(nèi)的電感，TPS61046 的性能已通過仿真和臺架測試驗證。因此建議遵循表 3。

2.3 封裝尺寸的限制

第三個限制因素是電感封裝尺寸。

對于可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用，可接受的電感封裝尺寸為 1.6mm × 0.8mm × 1mm 或 2.0mm × 1.6mm × 1mm 。

如表4所示，電感供應(yīng)商在這兩種封裝中所能提供的電感值是有限的。

采用這兩種封裝的電感器電感值不高于10uH。

3 / 飽和電流計算 /

選擇電感值為10uH，TPS61046工作在CCM模式，反向計算得到實際電感紋波電流為250mA；這實際超過了電感平均電流79mA的216%，也就是說電路必然工作在DCM模式。

在DCM模式中，電感峰值電流通過公式6計算；10uH對應(yīng)峰值電流193mA，4.7uH對應(yīng)峰值電流280mA。

確保峰值電流低于電感器的飽和電流和TPS61046的限流值。

例如，如果使用1μH電感器，峰值電流將達(dá)到610mA，高于TPS61046器件限流值600mA。因此，此應(yīng)用不能使用 1 μH 電感器。

表4中的BRL1608T電感器由于飽和電流0.17A低于所需的峰值電流193mA而無法被選擇使用。

4 / 功率損耗計算 /

此例中可以選擇1.5uH或10uH電感元件。升壓轉(zhuǎn)換器的效率或功率損耗是決定哪個最優(yōu)的重要因素。

對于相同封裝大小的電感元件來說，DCR越小就意味著功率損耗也越小。但是，較大的紋波電流，將導(dǎo)致較大的交流損耗、磁芯損耗、導(dǎo)通損耗。

當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器工作在Figure 1中的DCM狀態(tài)時，電感的直流損耗由公式7決定：

低邊、高邊MOSFET分別由公式8、9決定：

Table 5 所示，以2.0mm × 1.6mm × 1mm尺寸的VLS201610HBX系列電感器為例，10uH對應(yīng)功率損耗更小。

Table 6 所示，以1.6mm × 0.8mm × 1mm尺寸的MBKK1608T系列電感器為例，4.7uH和3.3uH對應(yīng)的總功率損耗基本相同。

但是，應(yīng)該選擇4.7uH電感器，因為它的交流損耗更小。需要注意的是，某些電感器的交流功率損耗在數(shù)據(jù)手冊中并未提供，因此若想找到最佳元件，有必要在實際電路中對不同供應(yīng)商提供的相同電感值的電感器進行比較。

5 / 小結(jié) /

為低功率升壓轉(zhuǎn)換器選擇合適的電感器的步驟如下：

1?? 根據(jù)實際工況和電流紋波計算電感量的參考值；

2?? 電感量應(yīng)該在數(shù)據(jù)手冊推薦范圍內(nèi)；

3?? 根據(jù)實際應(yīng)用選擇電感器封裝尺寸；

4?? 工作峰值電流應(yīng)該小于電感器飽和電流、轉(zhuǎn)換器芯片限流值；

5?? 計算電感直流損耗、高邊/低邊MOSFET導(dǎo)通損耗，選擇直流損耗較小的電感器；

6?? 如果要在不同廠商中選擇最優(yōu)的電感器，就實際測量轉(zhuǎn)換效率。

推薦閱讀BOOST電路功率電感的取值 | 公式推導(dǎo)過程詳解我把buck拓?fù)涓沙闪薭oost拓?fù)?，把母線上其他芯片燒壞了

參考原文：TI_SLVA797_How to Select a Proper Inductor for Low Power Boost.pdf

訂閱免費[ 開關(guān)電源寶典 ][ 從0到1設(shè)計BUCK ]合集，付費[ 電壓參數(shù)合集 ][ 電流參數(shù)合集 ][ 功率參數(shù)合集 ]...

“推薦”與朋友“分享”你的世界??