KA_IX

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如何选择DCDC BUCK降压电源的功率电感

2021-6-1 10:03:30 显示全部楼层
当今的消费电子产品越来越趋向于小型化、集成化,功能也越来越多,对于续航的要求自然越来越严格,BUCK电源以其高效率的优点是其必然的选择。
在设计BUCK电路时,如何选择电感是一个值得深入思考的问题。虽然IC商会有电感选型推荐,但在满足性能需求的基础上选择最合适的电感,是一个硬件工程师的基本素养,否则硬件工程师就会变成抄图工程师。
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下面介绍如何选择DCDC BUCK降压电源的功率电感。
选型的分析是根据下面的公式,公式的推导过程非常简单,在BUCK电路详细原理中有详细介绍,
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a是电流纹波系数,或者纹波率。
上面的公式稍微变形就可以得到下面的公式
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举个例子:
假定BUCK的输入是10V输出是5V,负载是2A的电流需求,开关频率在2Khz,那么求电感值及其Isat参数。
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  • 电感值
负载电路是1A,纹波系数a按30%来看则,I=2*0.3=0.6A
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电感值通常要留一定余量比如20%-30%,我们暂取20%,则电感选取2.4mH,实际比较接近的电感值为4.7mH。
但是为了理解电感值对电流纹波的影响,我们分别对比下2.2mH和4.7mH时电流纹波的大小,见下图。
图中红色为输出电压,绿色为输出电流(1mV=1mA),可以看到在电感选取为2.2mH时,纹波电流大约为0.28*2=0.56A,接近Iout*30%=0.6A;而增加电感到4.7uH时电流纹波就小很多,大约为0.13*2=0.26A,只有大约13%。
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  • 饱和电流
流过电感的峰值电流
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Isat要大于2.3A,一般建议Isat要比Imax高大约20%-30%,通常我们对于Isat更敏感,实际选择的Isat要大于2.3*1.25=2.86A。
  • 自谐振频率
理想电感的阻抗随着频率增加而增加,而实际电感具有直流电阻和寄生电容,在低频处呈现感性,在高频处呈现容性。这个转折频率就是电感的自谐振频率,如下图所示,我们需要让电感的自谐振频率避开它的工作频率,通常而言这个自谐振频率要远高于开关频率,一般可以以10倍频率作为参考,也就是说开关频率要低于谐振频率的10%。
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  • 直流电阻DCR
直流电阻最主要的就是影响BUCK电路的效率,大的DCR会引起热损,尤其是在重载情况下,对于DCR具体的选择没有特殊要求,基本是越小越好。
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