選擇用于降壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電感器（續(xù)）

是否挑選降壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的組件？學(xué)習(xí)如何在選擇電感器時(shí)考慮電感值和電感器電流。

本系列的上一篇文章介紹了如何選擇降壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電感值。本周，我們將仔細(xì)研究開(kāi)關(guān)模式轉(zhuǎn)換器中的電感電流，并考慮增加或減少電路電感的潛在優(yōu)勢(shì)。

帶電感值的降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)模擬示意圖。

?圖1。帶電感值的降壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)模擬示意圖。

讓我們刷新一下。我們上一次總結(jié)了這兩個(gè)圖像：在LTspice中實(shí)現(xiàn)的降壓轉(zhuǎn)換器的示意圖（圖1）；以及以恒定的70mA負(fù)載電流為參考的輸出電壓和電感器電流的模擬結(jié)果（圖2）。

降壓轉(zhuǎn)換器模擬結(jié)果。輸出電壓以紅色顯示在頂部，電感電流和負(fù)載電流分別以綠色和橙色顯示在底部。

?圖2。降壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓（頂部，紅色）、電感電流（底部，綠色）和負(fù)載電流（底部，橙色）。

輸出電壓和PWM占空比

如果不這樣的話，讓我們考慮VOUT。我們的預(yù)期輸出電壓為3.3 V，模擬電路的VOUT為3.26 V。占空比計(jì)算中所需的效率項(xiàng)是一個(gè)小誤差來(lái)源：該項(xiàng)通過(guò)開(kāi)關(guān)控制波形的占空比直接影響電路行為，并且在所有情況下，90%的假設(shè)值不是準(zhǔn)確的。

無(wú)論如何，我并不真的關(guān)心為什么模擬輸出電壓是3.26V而不是3.3V。正如我在關(guān)于開(kāi)關(guān)模式調(diào)節(jié)的文章中所解釋的那樣，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器不能通過(guò)預(yù)定的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)節(jié)。它們通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)節(jié)，其中反饋和可調(diào)節(jié)的占空比允許調(diào)節(jié)器鎖定到所需的輸出電壓上。

還應(yīng)記住，上一篇文章中使用的占空比公式實(shí)際上是最大占空比的公式：

這個(gè)公式告訴我們，我們永遠(yuǎn)不需要超過(guò)約15%的占空比從24伏產(chǎn)生3.3伏。然而，在某些工作條件下，我們需要小于約15%的占空比：例如，如果我保持輸入電壓相同，并將負(fù)載電流從70毫安減少到5毫安，我需要大約9%的占空比來(lái)產(chǎn)生3.3伏輸出。

分析電感器電流

我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)是電感器紋波電流為30%，這意味著最大和最小電感器電流應(yīng)為80.5 mA和59.5 mA：

從光標(biāo)信息框（圖3）中可以看到，我們已經(jīng)接近了：

降壓轉(zhuǎn)換器模擬結(jié)果顯示電感電流為綠色，負(fù)載電流為黃色。顯示紋波電流值的光標(biāo)框疊加在波形上。

?圖3。

雖然我們使用了30%的紋波電流作為目標(biāo)，但更普遍的指導(dǎo)方針是在20%和40%之間。在此基礎(chǔ)上，我們很好地在可接受的范圍內(nèi)——我們有一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姼兄担⑶胰绻徽J(rèn)為是必要的，則是優(yōu)化的良好起點(diǎn)。

我也希望對(duì)電流波形的形狀進(jìn)行評(píng)論。這是一種不平衡的三角波，典型的，如果你搜索開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電感電流的圖像，你會(huì)看到。如果我們疊加開(kāi)關(guān)控制波形（圖4），我們會(huì)立即看到導(dǎo)致這個(gè)特性的原因：

開(kāi)關(guān)控制波形，紅色，疊加在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電感器電流波形上，綠色。

?圖4。疊加在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電感器電流波形上的開(kāi)關(guān)控制波形。

如紅色軌跡所示，我們的占空比遠(yuǎn)小于50%；因此，接通時(shí)間顯著短于關(guān)斷時(shí)間。然而，電感器電流在循環(huán)的兩個(gè)部分中覆蓋相同的垂直距離，所以高于或低于50%的占空比導(dǎo)致波形不均衡。

微調(diào)電感值

我們已經(jīng)使用了一個(gè)基本公式來(lái)得出一個(gè)合理的電感值，但是我們要從這里走到哪里呢？如果我們對(duì)90μH提供的性能感到滿意，我們可以稱之為良好，然后進(jìn)行下一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。盡管如此，通常仍有改進(jìn)的空間。

更高電感值的益處

較高電感值的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了輸出紋波：電感器電流紋波與電感成反比，并且如果電路中沒(méi)有其他變化，則更多的電感器紋波會(huì)導(dǎo)致更多的輸出紋波。

以下圖表（圖5和圖6）顯示了原始電路（L=90μH）和改良電路（L=30μH）的ΔIL和ΔVOUT；為了便于直觀比較，兩個(gè)軸的配置相同。

模擬結(jié)果顯示電感電流和輸出電壓中L=90μH的紋波大小。

?圖5。電感電流和輸出電壓中L=90μH的紋波大小。

模擬結(jié)果顯示電感電流和輸出電壓中L=30μH的紋波大小。

?圖6。電感電流和輸出電壓中L=30μH的紋波大小。

即使不特別關(guān)注VOUT紋波，高電感器電流紋波也可能是不利的?？赡軐?dǎo)致：

增加問(wèn)題電磁干擾的產(chǎn)生。

由于流過(guò)電感器、開(kāi)關(guān)和二極管的RMS電流更高，損耗更高，因此效率更低。

更傾向于進(jìn)入不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）。

。簡(jiǎn)言之，當(dāng)輕負(fù)載條件導(dǎo)致電感器電流在開(kāi)關(guān)循環(huán)的一部分期間達(dá)到零時(shí)，DCM發(fā)生。DCM不合乎要求的程度，或者它是否完全不合要求，取決于轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的應(yīng)用和其他方面。

低電感值的益處

考慮到這一切，為什么我們可以決定使用更低的電感值？

首先，我們期待的是低價(jià)值電感器或電容器的非電氣效益：更小、更便宜的組件。此外，較低的電感（與較低的電容一樣）改善了瞬態(tài)響應(yīng)，這意味著轉(zhuǎn)換器能夠更快地適應(yīng)輸入電壓和負(fù)載電流的變化。

下一篇選擇電容器

關(guān)于開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電感器選擇，我們可能有更多的說(shuō)法，但我認(rèn)為我們已經(jīng)涵蓋了最重要的原則：如何閱讀和分析電感器電流值，以及電感值高于或低于我們初始公式中的電感值的益處。在下一篇文章中，我們將探討電容器的選擇。