01  / 簡介 /

功率電感器對(duì)BUCK轉(zhuǎn)換器的性能有較大的影響，尤其是影響效率、紋波電壓和負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)這三個(gè)特性或參數(shù)。

圖1 BUCK轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>

(1) 功率電感器對(duì)效率的影響

BUCK轉(zhuǎn)換器中的輸入輸出電容、高邊/低邊開關(guān)管和功率電感器都有對(duì)應(yīng)的功率損耗，其中功率電感器更加具體的損耗下圖所示：

圖2 電感器損耗的具體類型

參考前文[如何選擇電感的參數(shù)以提升轉(zhuǎn)換效率？]，總結(jié)下來就是：為了抑制電感器損耗，電感器需具備低負(fù)載時(shí)低Rac、高電感，高負(fù)載時(shí)低Rdc的重要特性，圖3所示。

圖3 電感器需具備高效率的特性

(2) 功率電感器對(duì)紋波電壓的影響

圖4 功率電感量與紋波電壓成反比關(guān)系

圖4所示，電感量越大，流過電感器的紋波電流就越小，因此輸出的紋波電壓也會(huì)隨之減少。

(2) 功率電感器對(duì)負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響

圖5 什么是負(fù)載響應(yīng)

圖5所示，當(dāng)負(fù)載電流急劇變化時(shí)，因?yàn)橛?V = L * (dI/dt)，輸出電壓也會(huì)有對(duì)應(yīng)的增大或減小，且增大或減小的量與電感值 L 成正比關(guān)系。

該電壓變動(dòng)和恢復(fù)設(shè)定電壓所需的時(shí)間被稱為負(fù)載響應(yīng)特性，電壓變動(dòng)量較小、可短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)設(shè)定電壓的特性通常被認(rèn)為是良好的負(fù)載響應(yīng)特性。

圖6 功率電感量與負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性成反比關(guān)系

圖6所示，在其他參數(shù)不變的情況下，功率電感量 L 越大，負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性會(huì)越差。

02  / 如何選擇功率電感值？/

由前可見，使用較高電感量可以提升轉(zhuǎn)換效率、降低紋波電壓，但同時(shí)會(huì)使得負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)更差；那么在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，該如何合理地選擇功率電感值呢？

(1) 選擇合理的電流紋波系數(shù) r ，確定電路中的紋波電流大小 r*Iout,max。

可以參考[什么是電流紋波系數(shù)r？]

[紋波電流 ΔIL 在BUCK電路正常工作中是恒定的還是變化的？]

[電流紋波系數(shù) r 在BUCK電路正常工作中是恒定的還是變化的？]等文章。

(2) 如果電路僅支持一個(gè)輸入電壓典型值Vin,typ，根據(jù)公式(3.40)計(jì)算結(jié)果選擇 Lbuck,typ ± 10% 范圍內(nèi)感值或 Lbuck,typ 相近的標(biāo)準(zhǔn)感值。

如果電路支持從Vin,min到Vin,max，那么根據(jù)公式(3.41)計(jì)算結(jié)果選擇 Lbuck,max ± 10% 范圍內(nèi)感值或 Lbuck,max 相近的標(biāo)準(zhǔn)感值，可以相對(duì)均衡地兼容體積、效率、紋波電壓和負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

參考[BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(1)]TPS54561DPRT計(jì)算實(shí)例，當(dāng)輸入電壓取最大值60V時(shí)，計(jì)算所需的功率電感值為 ( 60V - 5V) * (5V / 60V) / ( 0.3 * 5A * 400kHz ) = 7.63uH，7.63uH ± 10% 從6.87uH到8.39uH，在這個(gè)范圍內(nèi)可以選擇7.2uH。

這就是TPS54561DPRT規(guī)格書參考設(shè)計(jì)中選擇“Wurth Elektronik 7447798720，Inductor, Ferrite, 7.2uH, 6.0A, 0.011ohm, SMD，額定/溫升電流6.0A（大于電路中實(shí)際峰值電流5.79A）”的原因。

或者，也可以直接根據(jù)7.63uH這個(gè)結(jié)果選擇相近的7.2uH這個(gè)感值。

03  / 小結(jié) /

BUCK電路設(shè)計(jì)中功率電感的取值，我的方法是：

如果電路僅支持一個(gè)輸入電壓典型值Vin,typ，根據(jù)公式(3.40)計(jì)算結(jié)果選擇 Lbuck,typ ± 10% 范圍內(nèi)感值或 Lbuck,typ 相近的標(biāo)準(zhǔn)感值。

如果電路支持從Vin,min到Vin,max，那么根據(jù)公式(3.41)計(jì)算結(jié)果選擇 Lbuck,max ± 10% 范圍內(nèi)感值或 Lbuck,max 相近的標(biāo)準(zhǔn)感值，可以相對(duì)均衡地兼容體積、效率、紋波電壓和負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)。