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如何快速可靠的计算出BUCK电路的电感感值?

04/21 09:29
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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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