DCDC-BUCK中电感的选型思考

DCDC电路应该是硬件设计中最常见的电路,而Buck用得尤其多,下文介绍下电路中电感选型的几个思考。

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BUCK电路选型的最重要的两个参数:电感值,电感电流。

电感电流一般有2个值:

Isat是指饱和电流,一般指饱和电流(Saturation Current)电感值下降到30%(不同厂家定义有所不同,一般为10%-30%)的电流。(dcdc电路中感电流瞬间值不能超过这个)

Irms是温升电流,也就是加电流后,电感产品自我温升温度不超过40度时的电流。(dcdc电路中电感电流有效值不能超过这个)

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电感值计算公式:

Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin) ---同步BUCK,异步需要加入二极管的电压。

步骤:

(1)确认输出电流Iout

(2)确认电感值

Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin)

一般来说 △I(上图的Ipk)取20%-30%的Iout(最大输出电流),f为DCDC开关频率。

(3)根据Lmin选取L,一般略取大一点

(4)通过上面的公式计算△I,Imax

Imax=Iout+1/2 △I,饱和电流要大于Imax

(5)确认电感的饱和电流要大于Imax

温升电流要大于Iout

确认输出电流

以上公式网上颇多,如果只写到这里,那么本文也没什么价值。主要是有一个问题,上述的Iout到底取多少呢?是DCDC芯片的最大输出电流能力,还是实际工作过程中真正使用的最大电流呢?

笔者认为应是DCDC芯片的最大输出电流能力,比如2A的DCDC芯片,那么这里Iout取2A。

理由如下:假设实际要用到2A电流,与芯片能力是一样的,那么不管取芯片电流能力还是实际使用电流,按照公式算得电感值是相同的,用这个电感可以设计出输出2A的DCDC电路。这时如果用这个电路接入500mA的负载,即实际输出电流是500mA,难道就不能用了?显然是可以的。

由公式知道,L与输出电流成反比,如果按照实际电流计算,在接小负载时,比如200mA,那么算得的L值是2A时的10倍,电感值大,体积就大,这是我们不希望的。

只不过如果按照芯片能力2A算得的电感,这时如果负载比2A要小,DCDC电路会比较容易进入断续模式(DCM),即电感电流不连续。

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另外值得一提的是,如果按照实际输出电流来算电感值,电路当然也是可以工作的,只不过如果电感太大的话,可能会影响输出的动态响应。

注意:电感值小的话,输入输出滤波电容容值就要大一些,电感值越小,电感电流峰峰值就越大,这个波动电流是需要电容进行充放电来完成的。输出电压纹波同等的情况下,充放电电流变大了,自然电容也会大一些。

电感选型时电流参数

Imax=Iout+1/2 △I

本来按照这个公式,电感的饱和电流要大于Imax,电感的温升电流要大于Iout。Iout取芯片最大输出能力电流,然后实际选型留70%-80%的余量,这样设计电路功能是没有问题的。

但有时可能有如下场景:DCDC芯片是公司最常用的,芯片能力是3A,有个电路需要用到DCDC,实际最大电流需求是1A。按照上述公式来选,可能电感电流需要选到5A左右,但是实际工作中,可能Imax也就2A,那么能不能选个3A的电感呢?毕竟电流下,电感便宜,体积也小。

这时就需要权衡一下了,选用3A的电感,功能应该是没问题的。但有些异常的情况,比如输出短路,可能会导致无法启动短路保护造成故障。因为一般DCDC芯片有短路保护,是在电流超过一定值的时候芯片会进入保护,3A的DC-DC,短路保护电流值一般是4-5A,如果电感最大工作电流过小,可能会造成电感在烧坏前还没有启动过流保护。

所以,如果可以的话,还是按照Imax=Iout+1/2 △I这个公式,Iout取DCDC芯片的最大输出能力来算。

本文转载自:硬件工程师炼成之路
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