BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(2)

01/ 簡介?/

功率電感器對BUCK轉換器的性能有較大的影響，尤其是影響效率、紋波電壓和負載動態(tài)響應這三個特性或參數(shù)。

圖1 BUCK轉換器拓撲

(1)?功率電感器對效率的影響

BUCK轉換器中的輸入輸出電容、高邊/低邊開關管和功率電感器都有對應的功率損耗，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)以提升轉換效率？]，總結下來就是：為了抑制電感器損耗，電感器需具備低負載時低Rac、高電感，高負載時低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)?功率電感器對紋波電壓的影響

圖4?功率電感量與紋波電壓成反比關系

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隨之減少。

(2)?功率電感器對負載動態(tài)響應的影響

圖5?什么是負載響應

圖5所示，當負載電流急劇變化時，因為有 V = L *?(dI/dt)，輸出電壓也會有對應的增大或減小，且增大或減小的量與電感值 L 成正比關系。該電壓變動和恢復設定電壓所需的時間被稱為負載響應特性，電壓變動量較小、可短時間內(nèi)恢復設定電壓的特性通常被認為是良好的負載響應特性。

圖6?功率電感量與負載動態(tài)響應特性成反比關系圖6所示，在其他參數(shù)不變的情況下，功率電感量 L 越大，負載動態(tài)響應特性會越差。

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換效率、降低紋波電壓，但同時會使得負載動態(tài)響應更差；那么在實際電路設計中，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輸入電壓典型值Vin,typ，根據(jù)公式(3.40)計算結果選擇 Lbuck,typ ± 10%?范圍內(nèi)感值或?Lbuck,typ 相近的標準感值。

如果電路支持從Vin,min到Vin,max，那么根據(jù)公式(3.41)計算結果選擇 Lbuck,max ± 10%?范圍內(nèi)感值或 Lbuck,max 相近的標準感值，可以相對均衡地兼容體積、效率、紋波電壓和負載動態(tài)響應。

參考[BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(1)]TPS54561DPRT計算實例，當輸入電壓取最大值60V時，計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，在這個范圍內(nèi)可以選擇7.2uH。

這就是TPS54561DPRT規(guī)格書參考設計中選擇“Wurth Elektronik 7447798720，Inductor, Ferrite, 7.2uH, 6.0A, 0.011ohm, SMD，額定/溫升電流6.0A（大于電路中實際峰值電流5.79A）”的原因?；蛘撸部梢灾苯痈鶕?jù)7.63uH這個結果選擇相近的7.2uH這個感值。

03/ 小結?/

BUCK電路設計中功率電感的取值，我的方法是：如果電路僅支持一個輸入電壓典型值Vin,typ，根據(jù)公式(3.40)計算結果選擇 Lbuck,typ ± 10% 范圍內(nèi)感值或 Lbuck,typ 相近的標準感值。

如果電路支持從Vin,min到Vin,max，那么根據(jù)公式(3.41)計算結果選擇 Lbuck,max ± 10% 范圍內(nèi)感值或 Lbuck,max 相近的標準感值，可以相對均衡地兼容體積、效率、紋波電壓和負載動態(tài)響應。