各位整天被DCDC EMC问题折磨得想转行的硬件老铁们,大家好,在电源设计中,给BUCK电路挑电感,那跟自己挑女朋友那是一样一样的,绝对是一考验技术。
电感选大了,动态响应不太行,板子空间还被浪费,选小了,电感电流直接起飞,电磁干扰能让你怀疑人生。很多兄弟翻开芯片手册,看到那句Typical Application:4.7uH就直接Ctrl+C了。
但咱工作十来年的硬件老铁都知道,手册给的是样板间,你家装修(不同压差、电流、频率)如果不自己算明白,最后炸机的时候,手册可不帮你背锅。
今天,咱们就聊聊BUCK电感选型吧。
电感最核心的物理方程其实就一个:
在BUCK管子导通的那一刻,电感两端的压差是Vin-Vout,电流线性爬升。咱们做电感选型,本质上就是在框定这个电流波动的范围,也就是纹波电流△I。
关于这个让人纠结的r值纹波系数到底该咋选,咱们之前也写了好多文章讲解,有兴趣可以去翻翻看。
参数r是纹波电流与输出电流的比值,r通常取0.3到0.4。r小,感量大,纹波漂亮但动态响应差;r大,感量小,体积压缩了但峰值电流Ipeak会飙升,电感容易饱和。
废话不多说,直接看看计算实例吧!
假定24V转5V,输出电流要求5A,开关频率设为400kHz。
第一步:定调——确定纹波电流△I
咱们按最稳健的r=0.3来算:
第二步:代入公式求感量L
公式大家应该熟悉,但要注意单位换算:
代入咱们的数值:
翻开电感手册,标称值通常有4.7μH和6.8μH。为了让纹波更稳,咱们选6.8μH
上面的是不是不太好记?当然还有个更好的速记方法:
实际设计BUCK电路时,输入电压是宽范围的,比如12~24V,我们必须保证全输入范围内纹波都不超标。最恶劣情况是VINMAX(也就是输入电压最高时),此时D最小、(1-D)最大、tOFF最长,伏秒积Et = Vout × tOFF达到最大值。这时候算出来的L才是保底值——全输入范围内纹波只会更小,不会超。这样咱们把Et代入,就能得到超级实用的快速选型关系:
输入电压12~24V,输出电压5V,最大负载电流4A,开关频率300kHz。那推荐电感值是多少?
(1)对于降压变换器,需要从VINMAX(24V)开始设计电感;
(2) 占空比
(3) 开关周期
(4) 关断时间
(5) 伏秒积(这里用关断时间计算)
(6) L×I ≈ 33μH·A;
(7) 对于4A负载,IL=Io= 4A;
(8) 因此,需要L=33/4=8.25μH;
(9)电感额定电流必须不小于(1+r/2)×IL= 1.2×4=4.8A。
算完感值,再算算电流,Ipeak=Iout×(1+r/2),再加20%~50%瞬态裕量(负载突变时电流会冲高)。电感一定要选饱和电流Isat高于这个值,否则磁芯饱和,电感值骤降,电路直接JJ。
总之,总结下来就是伏秒积→算L→定电流裕量。
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