Buck電感的計(jì)算

上期回顧：DC-DC變換器FB分壓電阻設(shè)計(jì)

本期內(nèi)容

Buck 線路中，電感的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，它與系統(tǒng)的效率、輸出紋波電壓和環(huán)路穩(wěn)定息息相關(guān)。那么我們?cè)撊绾斡?jì)算 Buck 電感呢?

今天 MPS 工程師就用實(shí)例來講解 Buck 電感的計(jì)算步驟，并提供一個(gè)實(shí)用工具，讓你輕松得到想要的電感感值!

首先來看一下 Buck 的工作原理，按照上管 Q1 工作狀態(tài)，分2個(gè)過程：Q1 開通時(shí)候，電感電流上升，電感儲(chǔ)能，同時(shí)對(duì)輸出電容充電;Q1 關(guān)斷時(shí)候，電感電流下降，電感釋放能量。

我們可以根據(jù)電感兩端電壓與電流關(guān)系式：V=L*di/dt，得出電感感值 L 的計(jì)算式。

以上管開通電感儲(chǔ)能時(shí)的狀態(tài)來分析：電感兩端電壓=Vin-Vo， di 即為電感電流峰峰值 ?iL，通常取輸出最大電流 IOUT 的10%~60%。dt 為上管開通時(shí)間，即 D*T。

為了兼顧輸出紋波電壓和效率，設(shè)計(jì)電感感量時(shí)候，通常讓系統(tǒng)在滿載時(shí)候進(jìn)入 CCM(電感電流連續(xù))模式，輕載時(shí)候進(jìn)入 DCM(電感電流斷續(xù))模式。CCM 模式下，由于電感紋波電流較小，輸出紋波電壓較低。在 DCM 模式下，IC 通常會(huì)進(jìn)入降頻模式，工作頻率降低，從而提升了輕載效率。

來看一下電感規(guī)格書，以 MPS 一顆一體成型1.2uH電感為例。感量L是在一定工作頻率下測得的，通常是100kHz，頻率增加，感量會(huì)減小。

IR 是電感溫升電流，ISAT 是飽和電流，通常溫升電流會(huì)略低于飽和電流。選取的 IR 不僅要大于滿載時(shí)峰值電流 Ipk，同時(shí)要考慮在過流或短路時(shí)電感不能進(jìn)入飽和，即 IR 要大于 DCDC 定義的限流保護(hù)點(diǎn)。

我們選取一顆 DCDC MPQ2314，規(guī)格書中定義了過流保護(hù)點(diǎn)，典型值是4A。而在滿載2A時(shí)，測試到電感峰值電流是2.58A，過流保護(hù)點(diǎn)3.36A，這個(gè)是由于 OCP 點(diǎn)分布有上下限分布造成的。選取電感 IR 應(yīng)大于4A，并留20%以上的余量。

直流阻抗 Rds 也稱作 DCR，與電感的導(dǎo)通損耗直接相關(guān)，選取電感時(shí)候，DCR 越小，效率和溫升效果會(huì)越好。銅損占電感損耗的大部分，磁損與工作頻率，磁芯特性相關(guān)，頻率越高，磁損越大。

我們知道，增大電感，可以有效減小電感紋波電流，從而減小輸出紋波電壓。但是，相同的磁芯，感量增加時(shí)，DCR 會(huì)變大，飽和和溫升電流會(huì)減小，所以需要折中考慮再選擇。

選用電感的時(shí)候，盡量靠近理論計(jì)算值，同時(shí)要計(jì)算出電感的峰值電流，以好確認(rèn)電感的飽和/溫升電流。推薦電感采用帶磁屏蔽的封裝，這樣產(chǎn)生的噪聲小，同時(shí) EMC 性能較好。

現(xiàn)在 MPS 最新上線的電感在線選型工具 (文末“閱讀原文”可直達(dá))，只要輸入應(yīng)用規(guī)格，即可輕輕松松得到您想要的電感感值，并附加合適的電感型號(hào)。

審核編輯：湯梓紅