當(dāng)今電源 IC的高度發(fā)展要求性能卓越的功率電感。構(gòu)建通用封裝的標(biāo)準(zhǔn)電源將有助于減少設(shè)計(jì)時間和生產(chǎn)成本。 而要在 PCB 空間以及散熱和成本效率方面實(shí)現(xiàn)最佳性能，確定電感和 IC 之間的最佳匹配至關(guān)重要。

本文將探討在設(shè)計(jì)降壓（buck或step-down）變換器時哪些參數(shù)最重要，以及如何將其與可用的最佳電感配對。我們還將學(xué)習(xí)如何計(jì)算基本參數(shù)，并解釋開關(guān)模式電源 IC 和電感的一些參數(shù)要求，包括紋波電流、電感 (L)、飽和電流 (ISAT) 和額定電流 (IR)。?

當(dāng)今電子行業(yè)

近10 年來，消費(fèi)者越來越期望技術(shù)使他們的生活更輕松。與此同時，普通家庭的電子產(chǎn)品數(shù)量也在增加。不斷增多的連接和電子設(shè)備選擇意味著這些設(shè)備必須更加高效才能保持競爭力。對電源設(shè)計(jì)人員來說，要支持消費(fèi)者在電子產(chǎn)品使用方面的這些轉(zhuǎn)變，最佳方法就是使用具有高性能部件的降壓變換器，將電壓輸入轉(zhuǎn)換為必要的電源軌。

降壓變換器是最常見的電源拓?fù)?。其主要組件包括輸入和輸出電容器、開關(guān)（例如 MOSFET）和電感。這些設(shè)備的目標(biāo)是調(diào)節(jié)輸出電壓。而上下管MOSFET只有與穩(wěn)壓器結(jié)合使用時才會發(fā)揮作用，它們會形成一個集成的降壓穩(wěn)壓器 IC。

選擇具有最佳電感的恰當(dāng)IC 并不是很困難。要成功選擇與降壓變換器配合良好的電感，以避免過多功耗并提高效率，最關(guān)鍵是注意一些設(shè)計(jì)參數(shù)。

降壓變換器功耗與效率基本原理

通過降壓變換器及其基本部件的功能框圖，我們可以清楚了解哪些組件有助于提高效率，以及哪些參數(shù)應(yīng)予以考慮（見圖 1）。

如果分解降壓變換器的效率和功耗，我們可以看到對功耗和效率影響最大的是 MOSFET 和電感，靜態(tài)電流和可調(diào)電阻則貢獻(xiàn)不多（見圖 2）。

圖 3 顯示了帶 2A 負(fù)載的 24V 至 5V 降壓變換器效率分解圖。電感和 MOSFET 貢獻(xiàn)了870mW的功耗，而靜態(tài)功耗僅在總功耗上增加了900μW。為了實(shí)現(xiàn)最高效率并避免浪費(fèi)能源，我們必須確保將最先進(jìn)的開關(guān)元件與高性能電感相結(jié)合。

電感量(L)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常建議以 30% 至 40% 的紋波電流開始設(shè)計(jì)變換器。首先用公式 (1)計(jì)算出標(biāo)稱電感 (L)：

紋波電流(?IL?）?

紋波電流 (?IL) 是疊加在平均負(fù)載電流上的低頻交流電流量，它流經(jīng)主功率電感并為輸出電容器 (COUT) 充電。紋波電流可以通過等式 (2) 來估算：

圖 4 展示的重要設(shè)計(jì)參數(shù)包括峰值電流 (IPEAK) 和平均電流 (IAVG)。平均電流是我們系統(tǒng)的預(yù)期負(fù)載電流，它與降壓變換器的輸出有關(guān)。紋波電流 ((?IL) 的一半被添加到平均負(fù)載電流上，形成峰值電流。對一個成功且高效的降壓變換器設(shè)計(jì)來說，其電感飽和電流 (ISAT) 必須超過峰值電流。

圖 5 顯示了一個經(jīng)優(yōu)化的 24V 至 5V 降壓變換器示例，該變換器采用了MPS 的MPQ4572和一個 15μH電感 (MPL-AL6060-150)。其紋波電流圍繞 2A 負(fù)載電流振蕩，具有完美的三角波形。

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