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當(dāng)今的消費(fèi)電子產(chǎn)品越來(lái)越趨向于小型化、集成化,功能也越來(lái)越多,對(duì)于續(xù)航的要求自然越來(lái)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(jì)BUCK電路時(shí),如何選擇電感是一個(gè)值得深入思考的問(wèn)題。雖然IC商會(huì)有電感選型推薦,但在滿(mǎn)足性能需求的基礎(chǔ)上選擇最合適的電感,是一個(gè)硬件工程師的基本素養(yǎng),否則硬件工程師就會(huì)變成抄圖工程師。
下面介紹如何選擇DCDC BUCK降壓電源的功率電感。
我們來(lái)分析電感選型的過(guò)程。
選型的分析是根據(jù)下面的公式,公式的推導(dǎo)過(guò)程非常簡(jiǎn)單。
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
舉個(gè)“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(kāi)關(guān)頻率在2Khz,那么求電感值及其Isat參數(shù)。
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電感值
負(fù)載電路是1A,紋波系數(shù)a按30%來(lái)看則,I=2*0.3=0.6A
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。
但是為了理解電感值對(duì)電流紋波的影響,我們分別對(duì)比下2.2mH和4.7mH時(shí)電流紋波的大小,見(jiàn)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(shí),紋波電流大約為0.28*2=0.56A,接近Iout*30%=0.6A;而增加電感到4.7uH時(shí)電流紋波就小很多,大約為0.13*2=0.26A,只有大約13%。
2. 飽和電流
流過(guò)電感的峰值電流
Isat要大于2.3A,一般建議Isat要比Imax高大約20%-30%,通常我們對(duì)于Isat更敏感,實(shí)際選擇的Isat要大于2.3*1.25=2.86A。
3. 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(gè)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(kāi)它的工作頻率,通常而言這個(gè)自諧振頻率要遠(yuǎn)高于開(kāi)關(guān)頻率,一般可以以10倍頻率作為參考,也就是說(shuō)開(kāi)關(guān)頻率要低于諧振頻率的10%。
4. 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(huì)引起熱損,尤其是在重載情況下,對(duì)于DCR具體的選擇沒(méi)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(gè)合適的電感了。