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《dc-dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器中電感的選擇》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、在大多數(shù)降壓型DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器中，成本、尺寸、電阻和電流容量決定了電感的選取。很多這種應(yīng)用都在開關(guān)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊或評估板中給出了特定的電感值，但是這些值通常都針對特定應(yīng)用或者滿足特定性能標準。本文中將討論使用開關(guān)穩(wěn)壓器MAX8646的評估板來評估各種電感的效率、噪聲(輸出紋波)和暫態(tài)響應(yīng)。該評估板包含有一個0.47mH電感，可以同時提供較高的效率和快速負載暫態(tài)響應(yīng)。較低的電感值導致較低的效率，較大的電感以暫態(tài)響應(yīng)為代價提供更高的效率。本文中討論的其他電感經(jīng)過選擇可以與評估板的PCB封裝相匹配，并且能以最小的改動(如果需要
2、)來配合評估板的電路。尺寸考慮表1中兩個系列的電感提供不同的磁芯尺寸。它們的外形相似，但是FDV0630系列電感在電路板上要高1mm。較高的高度使得使用較短的銅線成為可能-使用更大的直徑或較少的匝數(shù)，或二者兼具。0.2mH以及更低的電感表現(xiàn)出很低的效率，因此不考慮更小的電感。較小的電感值還帶來較大的峰值電流，它必須保持低于MAX8646的最低電流限制以防止失穩(wěn)。另一方面，大于1μH的電感也不合適。請注意較大的FDV0630系列電感具有相同的電感值和引腳，但是提供更低的電阻和更高的額定電流。關(guān)于電感磁芯的尺寸、材料和磁導率的詳
3、細比較本文將不贅述。表1-評估電感磁芯的考慮Toko公司的FDV系列電感采用鐵粉芯，它們提供更好的溫度穩(wěn)定性并且相對于其他可選磁芯成本更低。其他選擇是鉬坡莫合金粉末(MPP)、氣隙鐵氧體以及鐵硅鋁磁合金(KoolMm)或高磁通磁環(huán)。鑒于混合鎳、鐵和鉬粉末的成本，MPP通常是最昂貴的選擇，鐵硅鋁磁合金是一種次昂貴的復(fù)合粉末磁芯。在多數(shù)電源中常見的罐形、E和EI形磁芯為氣隙鐵氧體。這些外形可以在必要時提供靈活性和可變性，但是成本更高。高磁通磁環(huán)通常用于濾波電感而不是電源變換電路。性能評估和效率比較圖1電路中各種電感的效率比較顯示
4、，在輸出電流低于2A時1μH電感具有最好的效率，在低于3A時0.2μH的效率最低。在電感量相同時，尺寸較大(FDV0630)直流電阻較低的電感在整個輸出電流范圍內(nèi)可提供0.5%至1%的效率提升。圖1：降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器MAX8646評估電路。對于FDV0620系列的0.47mH和1mH電感，可以注意到在2A附近其效率曲線有一個交叉：2A以下1μH電感具有較高的效率，2A以上0.47μH的效率更高。1μH電感所具有的較大串聯(lián)電阻導致了這種效率的差異。另一種性能折衷可以從電感電流、電感電壓和輸出電壓紋波的典型波形中看出。使用電感量
5、較小的FDV0620-0.47mH產(chǎn)生較高的峰值電流。輸出電壓紋波低于18mV峰峰值，而FDV630-1.0mH電感產(chǎn)生的紋波峰峰值剛超過12mV。峰值電流對輸出電容充電并且提供負載電流。在電容的ESR上會流入和流出較大的電流，這將產(chǎn)生較高的輸出電壓紋波。如果必要，可以通過使用較大的輸出電容來降低該紋波。負載暫態(tài)的比較不同的電感提供不同的負載暫態(tài)響應(yīng)(IC和補償網(wǎng)絡(luò)同樣對該響應(yīng)有貢獻)。MAX8646需要外部補償，但是其他開關(guān)穩(wěn)壓器IC包含內(nèi)部補償，它們通常指定允許的電感值范圍。從另一方講，外部補償允許設(shè)計更加靈活。圖2和圖
6、3給出了圖1所示電路在從2A至5A再返回至2A的負載階躍時FDV0620-0.47μH和FDV0620-1μH電感的負載暫態(tài)響應(yīng)，在圖3中，外部補償經(jīng)過調(diào)整以配合1mH電感值。參考圖1，改變了以下三個元件來達到該目的：C10=1000pF，R4=5900W，R6=316W。請注意圖2中的輸出電壓過沖要低于圖3。對于具有相同電感量的DV0620和FDV0630系列，測量到的響應(yīng)相同。圖2：圖1電路使用FDV0620系列的0.47μF電感工作在3.3V輸入，1.8V輸出，2A-5A輸出電流時的負載暫態(tài)。圖3：類似于圖2，但是使用
7、FDV0620系列的1μF電感。工作原理在描述了電感選擇的測量結(jié)果之后，我們現(xiàn)在概括其工作原理。下面的等式忽略真實電感的寄生特性，但是它仍可為電感的工作原理提供良好的理解：高邊MOSFET在電感充電期間(tON)導通，將電感連接至輸入電源電壓。在確定電感值以后，可以用tON=DT替換dt，用(VIN-VOUT)替換V，然后計算DI(即di)。表2給出了圖1所示電路中DI與本文所討論的電感之間的對應(yīng)關(guān)系。圖1中電路滿足表2參數(shù)的條件是VIN=3.3V，VOUT=1.8V，DT=D*T，其中D為占空比(VOUT/VIN)，T為開
8、關(guān)周期(1/fS)。表2：給定電感值與電感電流變化值。di/dt(DI/DT)的中值等于IOUT，因此峰值電流等于IOUT加DI/2?？梢钥吹皆谪撦d電流相同時較小的電感將導致較大的峰值電流。直流電阻IC和電感的功率損耗可以從效率曲線得到。對于FDV0620-0.47mH，輸出電流取1A時效
