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    Buck電感的計(jì)算
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  •   發(fā)布日期: 2022-10-26  瀏覽次數(shù): 3,042

    上期回顧:DC-DC變換器FB分壓電阻設(shè)計(jì)

    本期內(nèi)容

    Buck 線路中,電感的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn),它與系統(tǒng)的效率、輸出紋波電壓和環(huán)路穩(wěn)定息息相關(guān)。那么我們?cè)撊绾斡?jì)算 Buck 電感呢?

    今天?MPS?工程師就用實(shí)例來講解 Buck 電感的計(jì)算步驟,并提供一個(gè)實(shí)用工具,讓你輕松得到想要的電感感值!

    首先來看一下 Buck 的工作原理,按照上管 Q1 工作狀態(tài),分2個(gè)過程:Q1 開通時(shí)候,電感電流上升,電感儲(chǔ)能,同時(shí)對(duì)輸出電容充電;Q1 關(guān)斷時(shí)候,電感電流下降,電感釋放能量。

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    我們可以根據(jù)電感兩端電壓與電流關(guān)系式:V=L*di/dt,得出電感感值 L 的計(jì)算式。

    以上管開通電感儲(chǔ)能時(shí)的狀態(tài)來分析:電感兩端電壓=Vin-Vo, di 即為電感電流峰峰值 ?iL,通常取輸出最大電流 IOUT 的10%~60%。dt 為上管開通時(shí)間,即 D*T。

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    為了兼顧輸出紋波電壓和效率,設(shè)計(jì)電感感量時(shí)候,通常讓系統(tǒng)在滿載時(shí)候進(jìn)入 CCM(電感電流連續(xù))模式,輕載時(shí)候進(jìn)入 DCM(電感電流斷續(xù))模式。CCM 模式下,由于電感紋波電流較小,輸出紋波電壓較低。在 DCM 模式下,IC 通常會(huì)進(jìn)入降頻模式,工作頻率降低,從而提升了輕載效率。

    來看一下電感規(guī)格書,以 MPS 一顆一體成型1.2uH電感為例。感量L是在一定工作頻率下測(cè)得的,通常是100kHz,頻率增加,感量會(huì)減小。

    IR 是電感溫升電流,ISAT 是飽和電流,通常溫升電流會(huì)略低于飽和電流。選取的 IR 不僅要大于滿載時(shí)峰值電流 Ipk,同時(shí)要考慮在過流或短路時(shí)電感不能進(jìn)入飽和,即 IR 要大于 DCDC 定義的限流保護(hù)點(diǎn)。

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    我們選取一顆 DCDC MPQ2314,規(guī)格書中定義了過流保護(hù)點(diǎn),典型值是4A。而在滿載2A時(shí),測(cè)試到電感峰值電流是2.58A,過流保護(hù)點(diǎn)3.36A,這個(gè)是由于 OCP 點(diǎn)分布有上下限分布造成的。選取電感 IR 應(yīng)大于4A,并留20%以上的余量。

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    直流阻抗 Rds 也稱作 DCR,與電感的導(dǎo)通損耗直接相關(guān),選取電感時(shí)候,DCR 越小,效率和溫升效果會(huì)越好。銅損占電感損耗的大部分,磁損與工作頻率,磁芯特性相關(guān),頻率越高,磁損越大。

    我們知道,增大電感,可以有效減小電感紋波電流,從而減小輸出紋波電壓。但是,相同的磁芯,感量增加時(shí),DCR 會(huì)變大,飽和和溫升電流會(huì)減小,所以需要折中考慮再選擇。

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    選用電感的時(shí)候,盡量靠近理論計(jì)算值,同時(shí)要計(jì)算出電感的峰值電流,以好確認(rèn)電感的飽和/溫升電流。推薦電感采用帶磁屏蔽的封裝,這樣產(chǎn)生的噪聲小,同時(shí)?EMC?性能較好。

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    現(xiàn)在 MPS?最新上線的電感在線選型工具 (文末“閱讀原文”可直達(dá)),只要輸入應(yīng)用規(guī)格,即可輕輕松松得到您想要的電感感值,并附加合適的電感型號(hào)。


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