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技术专题
如何為(wèi)降压转换器选择電(diàn)感器
作為(wèi)用(yòng)于高耗電(diàn)应用(yòng)的DC-DC转换器设计的一部分(fēn)，组件选择对于确保向负载稳定地高效输送功率非常重要。
在众多(duō)的DC-DC转换器拓扑中，降压转换器在将输入電(diàn)压降低到较低水平同时提供高效功率转换方面有(yǒu)很(hěn)多(duō)用(yòng)途。这些功率转换器的组件选择常见问题是如何為(wèi)降压转换器选择電(diàn)感。在降压转换器中使用(yòng)電(diàn)感器和其他(tā)组件的目的是為(wèi)了限制热量散失，同时很(hěn)大程度地减小(xiǎo)電(diàn)流纹波。
降压转换器中的電(diàn)感
降压转换器拓扑如下所示。在此图中，MOSFET的输出由PWM信号驱动，该PWM信号以用(yòng)户选择的占空比打开和关闭MOSFET。当PWM信号切换时，電(diàn)感器和電(diàn)容器在向负载提供稳定電(diàn)流方面起着至关重要的作用(yòng)。最后，PWM信号的占空比是主要功能(néng)，允许用(yòng)户控制输送到负载的输出電(diàn)压。
電(diàn)感器将不断以与PWM信号相同的速率进行开关，因此它负责在发送到输出的電(diàn)流上叠加一些轻微的纹波。電(diàn)感器和電(diàn)容器形成一个L滤波器，它基本上是一个二阶带通滤波器。假设您使用(yòng)的ESR低的足够大的電(diàn)容器，该電(diàn)容器将提供低阻抗，并且构成波纹的高频分(fēn)量将被大大消除。
如何為(wèi)您的Buck转换器选择電(diàn)感器
電(diàn)感器的合适值取决于设计可(kě)承受的所需纹波電(diàn)流，以及计划用(yòng)于PWM信号的占空比。下式显示了输出電(diàn)压随二极管正向压降和MOSFET导通状态压降的关系。考虑这些電(diàn)压后，输出電(diàn)压為(wèi)：
输出電(diàn)压是PWM占空比，二极管正向压降和MOSFET导通状态压降的函数。
我将跳过一些数學(xué)运算，直接获得重要结果。首先，電(diàn)感和PWM频率与纹波電(diàn)压成反比。其次，纹波也是PWM占空比的二次函数。降压转换器中的纹波電(diàn)流為(wèi)：
如何在電(diàn)路图中為(wèi)降压转换器选择電(diàn)感器
注意，PWM信号的上升时间在两个方程式中均不出现。但是，上升时间很(hěn)重要，因為(wèi)它在确定转换器产生的噪声和损耗方面起着重要的作用(yòng)（更多(duō)信息请参见下文(wén)）。重要的结果可(kě)以总结如下：
增大占空比会减少纹波，但也会使输出電(diàn)压更接近输入電(diàn)压。
增加PWM频率将减少纹波，但这将增加 MOSFET的散热。同样，需要注意的是：使用(yòng)具有(yǒu)更快边沿速率的PWM信号将减少较高PWM频率产生的这些损耗（再次参见下文(wén)）。
使用(yòng)较大的输入電(diàn)压需要使用(yòng)较大的電(diàn)感器，以将纹波减小(xiǎo)到可(kě)接受的水平。通常，请使用(yòng)较大的電(diàn)感器以减少纹波。
為(wèi)什么PWM上升时间很(hěn)重要
電(diàn)感器负责产生并同时抑制输出電(diàn)流的纹波，尽管可(kě)以使用(yòng)上述准则将其设置為(wèi)设计目标。但是，電(diàn)感器无法控制任何开关调节器的一些重要方面：
开关元件的辐射EMI：来自晶體(tǐ)管的开关噪声会在下游電(diàn)路中产生一些噪声。
由集肤效应引起的热损耗：这是電(diàn)感器几何形状的函数，而不是電(diàn)感值。如果電(diàn)感器具有(yǒu)较大的横截面积和较高的导热率，则可(kě)以较高的速率从電(diàn)感器散热。
晶體(tǐ)管中的热损耗：晶體(tǐ)管在开关和调节过程中会散发大部分(fēn)热量。但是，使用(yòng)更快的边沿速率将抑制这种热量损失，因為(wèi)MOSFET将在PWM振荡之间更完全地关断。
这些噪声源取决于PWM信号的频率和边沿速率。如果在不改变占空比的情况下以较高的开关频率运行降压转换器，则通常会因MOSFET中的热量而损失更多(duō)的功率。使用(yòng)更快的边沿速率的权衡是在下游電(diàn)路中产生更多(duō)高频噪声以及通过集肤效应损失更多(duō)热量的风险。