如何计算Buck电感?

Buck 线路中,电感的设计是一个关键要点,它与系统的效率、输出纹波电压和环路稳定息息相关。那么我们该如何计算 Buck 电感呢?

接下来 MPS 工程师就用实例为你讲解 Buck 电感的计算步骤:

首先来看一下 Buck 的工作原理,按照上管 Q1 工作状态,分2个过程:Q1 开通时候,电感电流上升,电感储能,同时对输出电容充电;Q1 关断时候,电感电流下降,电感释放能量。

我们可以根据电感两端电压与电流关系式:V=L*di/dt ,得出电感感值 L 的计算式。

以上管开通电感储能时的状态来分析:电感两端电压=Vin-Vo,di 即为电感电流峰峰值 ∆iL,通常取输出最大电流 IOUT 的10%~60%。dt 为上管开通时间,即 D*T。

为了兼顾输出纹波电压和效率,设计电感感量时候,通常让系统在满载时候进入 CCM(电感电流连续)模式 ,轻载时候进入 DCM(电感电流断续)模式。CCM 模式下,由于电感纹波电流较小,输出纹波电压较低。在 DCM 模式下,IC 通常会进入降频模式,工作频率降低,从而提升了轻载效率。

来看一下电感规格书,以 MPS 一颗一体成型1.2uH电感 为例。感量L是在一定工作频率下测得的,通常是100kHz,频率增加,感量会减小。

IR 是电感温升电流,ISAT 是饱和电流,通常温升电流会略低于饱和电流。选取的 IR 不仅要大于满载时峰值电流 Ipk,同时要考虑在过流或短路时电感不能进入饱和,即 IR 要大于 DCDC 定义的限流保护点

我们选取一颗 DCDC MPQ2314 ,规格书中定义了过流保护点,典型值是4A。而在满载2A时,测试到电感峰值电流是2.58A,过流保护点3.36A,这个是由于 OCP 点分布有上下限分布造成的。选取电感 IR 应大于4A,并留20%以上的余量。

直流阻抗 Rds 也称作 DCR,与电感的导通损耗直接相关,选取电感时候,DCR 越小,效率和温升效果会越好 。铜损占电感损耗的大部分,磁损与工作频率,磁芯特性相关,频率越高,磁损越大

我们知道,增大电感,可以有效减小电感纹波电流,从而减小输出纹波电压。但是,相同的磁芯,感量增加时,DCR 会变大,饱和和温升电流会减小,所以需要折中考虑再选择

选用电感的时候,尽量靠近理论计算值 ,同时要计算出电感的峰值电流 ,以好确认电感的饱和/温升电流。推荐电感采用带磁屏蔽的封装 ,这样产生的噪声小,同时 EMC 性能较好。

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