當今的消費電子產品越來越趨向於小型化、整合化,功能也越來越多,對於續航的要求自然越來越嚴格,buck電源以其高效率的優點是其必然的選擇。
在設計buck電路時,如何選擇電感是乙個值得深入思考的問題。雖然ic商會有電感選型推薦,但在滿足效能需求的基礎上選擇最合適的電感,是乙個硬體工程師的基本素養,否則硬體工程師就會變成抄圖工程師。
下面介紹如何選擇dcdc buck降壓電源的功率電感。
在選擇電感之前,我們首先要知道buck電路的基本原理,以及電感的基本引數,一定要先看完下面的文章再回過頭來看這篇文章。
了解完buck基本原理以及電感的4大引數,我們就可以回過頭來分析電感選型的過程了。
選型的分析是根據下面的公式,公式的推導過程非常簡單,在buck電路詳細原理中有詳細介紹,
a是電流紋波係數,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「栗子」:
假定buck的輸入是10v輸出是5v,負載是2a的電流需求,開關頻率在2khz,那麼求電感值及其isat引數。
電感值負載電路是1a,紋波係數a按30%來看則,i=2*0.3=0.6a
電感值通常要留一定餘量比如20%-30%,我們暫取20%,則電感選取2.4mh,實際比較接近的電感值為4.7mh。
但是為了理解電感值對電流紋波的影響,我們分別對比下2.2mh和4.7mh時電流紋波的大小,見下圖。
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,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時電流紋波就小很多,大約為0.13*2=0.26a,只有大約13%。
飽和電流
流過電感的峰值電流
isat要大於2.3a,一般建議isat要比imax高大約20%-30%,通常我們對於isat更敏感,實際選擇的isat要大於2.3*1.25=2.86a。
自諧振頻率
理想電感的阻抗隨著頻率增加而增加,而實際電感具有直流電阻和寄生電容,在低頻處呈現感性,在高頻處呈現容性。這個轉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它的工作頻率,通常而言這個自諧振頻率要遠高於開關頻率,一般可以以10倍頻率作為參考,也就是說開關頻率要低於諧振頻率的10%。
直流電阻dcr
直流電阻最主要的就是影響buck電路的效率,大的dcr會引起熱損,尤其是在過載情況下,對於dcr具體的選擇沒有特殊要求,基本是越小越好。
根據以上介紹,我們就可以選出乙個合適的電感了。
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