電感和升壓比對最大輸出電流的影響

本文的關鍵要點

?受電感紋波電流影響，流過低邊開關的電流會大于輸入電流。這導致可輸出的最大電流減小。

?紋波電流的大小會隨電感值而變化，電感值越大，最大輸出電流就越大。

?注意：受直流疊加特性影響，電感值會隨著電感電流的增加而減小，并使電感電流的峰值提高，更快達到過流限制值，使最大輸出電流降低。

目錄

流過電感的電流和升壓比對最大輸出電流的影響

電感值對最大輸出電流的影響

注意電感值的精度和直流疊加特性導致的電感值減小

第二個主題是“電感和最大輸出電流”。

低邊開關的最大電流和可輸出的最大輸出電流

電感和升壓比對最大輸出電流的影響

輸入輸出電壓和器件常數(shù)對最大輸出電流的影響

流過電感的電流和升壓比對最大輸出電流的影響

在上一個主題中，我們假設電感紋波電流是最大輸入電流的30%，但電感紋波電流的值會受開關頻率、電感值、輸入電壓和輸出電壓（嚴格地講，還取決于是二極管整流還是同步整流）的影響。下面我們根據(jù)所使用的器件和使用條件來計算一下電感紋波電流的值。要想使計算準確，就需要考慮到器件精度、各種導通損耗、壓降損耗等因素，不過這次我們會在沒有器件誤差、沒有損耗的理想狀態(tài)下進行估算。

在沒有負載波動的穩(wěn)定狀態(tài)下，電感紋波電流在低邊開關導通期間的電流增加量與高邊開關導通期間的電流減少量相同，平均電流保持恒定。該電流增減量和電流變化的P-P值就是電感紋波電流值。因此，需要計算出在低邊開關導通期間內(nèi)電感電流增加了多少。

首先，要想確定低邊開關的導通時間，需要根據(jù)開關頻率Fsw計算出一個周期的時間，并根據(jù)VIN、VOUT的升壓比計算出導通時間的比率，最終計算出導通時間TON。

電感電流變化量ΔＩ與時間和施加電壓成正比，與電感值成反比，ΔI=T×V÷L，因此通過計算ΔI，即可求出紋波電流IRIPPLE。

當VIN、VOUT、Fsw條件恒定時，紋波電流IRIPPLE與電感值L成反比。電感值不像電阻那樣能以E24之類的精度標準來選型，只能以E6程度的標準來選型，因此需要選擇紋波電流接近目標值的電感器。最大開關電流減去按所選電感計算出的紋波電流IRIPPLE的1/2后得到的值，即為最大輸入電流IIN。最大輸出電流IOUT與轉(zhuǎn)換效率η和升壓比VOUT÷VIN成反比，其計算公式如下：

但是，如果產(chǎn)品除了開關電流的最大值之外，還對輸入電流的最大值等有電流限制規(guī)定，則在估算最大輸出電流時需要包括該規(guī)定。

電感值對最大輸出電流的影響

對于電感值固定為恒定值的電源產(chǎn)品而言，相位補償是按該恒定值設計的，因此相關常數(shù)可能無法更改。但是，如果可用的電感值范圍較大，則低邊開關的電流限制大多限于峰值電流限制，因此可輸出的最大輸出電流值將因所選的電感值而異。例如，當在VIN=2.4V?VOUT=9.0V的條件下使用開關電流限制值為1.5A、開關頻率為600kHz、推薦電感值為10μH至22μH的產(chǎn)品時，使用10μH電感時的最大輸出電流IOUT1為：

使用22μH電感時的最大輸出電流IOUT2為：

可見電感值越大，支持的輸入電流越大，最大輸出電流也越大。

對于峰值電流限制功能而言，減小電感值會減小最大輸出電流，因此在電流不足的情況下，可以通過增大電感值來增加電流。但是，需要注意的是，雖然最大電流會增加，但由于V÷L，電感電流增減的電流變化速度會變慢，因此如果負載電流的變化速度很快，則負載瞬態(tài)響應特性（增加或減少電感電流以跟隨負載電流的變化）會變差，所以在負載波動很大的情況下存在弊端。

另外，如果電感值過大，受升壓型轉(zhuǎn)換器特有的“右半平面零點”的不穩(wěn)定因素影響，電源的負反饋控制會變得不穩(wěn)定，甚至可能會引發(fā)振蕩。

注意電感值的精度和直流疊加特性導致的電感值減小

前面的計算是在電感沒有誤差的條件下進行的，但實際上電感是有誤差的，并且最大輸出電流會隨著誤差導致的電感紋波電流的增加而減小。另外，電感器具有“直流疊加特性”，也就是當提高電流時，磁芯材料的磁飽和會導致相對磁導率降低，從而使電感值減小。在最大負載時，由于電感電流增加會使電感值變小、電感紋波電流的電流增加速度（V/L）變快（波形變陡峭），峰值很快就會達到限流值，輸入電流減小至IIN3，最終導致可能無法確保預期的最大輸出電流。

所以不能僅根據(jù)電感器技術規(guī)格書上的額定電流值來選擇電感器。必須預先確認精度+直流疊加特性，確保實際使用條件下即使在最大負載時，電感值也不會對峰值電流產(chǎn)生明顯影響，并確認最大輸出電流沒有問題。