發布日期：2022-10-09 點擊率：53
電感器是開關穩壓器和同步降壓轉換器的重要組成部分，如圖 1 所示。在所有開關穩壓器中，當 MOSFET 導通時，輸出電感器存儲來自電源輸入源的能量并將能量釋放到負載（輸出） .
圖 1：同步降壓 DC/DC 轉換器
我們應該選擇電感器來管理輸出電容器尺寸、負載瞬變和輸出紋波電流。低電感值和高電感值都有好處。
低電感的好處包括：
· 降低直流電阻 (DCR)，這是電感線固有的，會影響紋波和功率損耗。
· 更高的飽和電流，以獲得更高的輸出電流能力。
· 更高的壓擺率 (di/dt)，可改善負載瞬態響應并降低給定負載瞬態的輸出電容。
高電感的好處包括：
· 降低紋波電流，進而降低：
· 交流損耗（電感趨膚效應）。
· MOSFET 均方根 (RMS) 電流。
· 輸出電容 RMS 電流。
· 等效輸出紋波的輸出電容。
· 在更寬的負載范圍內連續電感電流。
公式 1 計算輸出電感值：
其中，L是電感的輸出，V OUT是目標輸出電壓，V IN（最大）是最大輸入電壓，F小號是降壓轉換器的開關頻率和予RIPPLE是目標輸出紋波電流。
我建議將紋波電流調整為滿載的 10% 到 30%。將數值代入公式1，公式2為輸出電感計算結果：
用于電壓轉換的開關穩壓器使用電感來臨時存儲能量。這些電感的尺寸通常非常大，必須在開關穩壓器的印刷電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項任務并不難，因為通過電感的電流可能會變化，但并非瞬間變化。變化只可能是連續的，通常相對緩慢。
開關穩壓器在兩個不同路徑之間來回切換電流。這種切換非常快，具體切換速度取決于切換邊緣的持續時間。開關電流流經的走線稱為熱回路或交流電流路徑，其在一個開關狀態下傳導電流，在另一個開關狀態下不傳導電流。在PCB布局中，應使熱回路面積小且路徑短，以便最大限度地減小這些走線中的寄生電感。寄生走線電感會產生無用的電壓失調并導致電磁干擾(EMI)。
在本例中，我選擇了 Pulse Electronics 的 PG0077.801 電感器。其相關參數如表1所示。
表 1：PG0077.801 電感器參數（圖片由 Pulse Electronics 提供）
檢查電感與負載（偏置）電流的關系很重要，因為電感隨著電流的增加而減小。然后我們可以確定目標負載電流下的實際電感量。
如果假設連續輸出電流為 15A，則實際電感為 0.83mH，如圖 2 所示。
圖 2：電感與電流（圖片由 Pulse Electronics 提供）
一旦知道實際電感值，就可以重新計算紋波和 RMS 電流。公式 3 重新計算紋波電流：
公式 4 重新計算 RMS 電流：
我們還可以計算電感損耗。總電感損耗是繞組損耗和磁芯損耗，由公式 5 和 6 表示：
其中 K1 = 13.77 x 10 -9，K2 = 39.4，F SW = 500kHz，DI = 3.32A（計算出的紋波電流）和 P CORE = 0.983W。
在此示例中，總電感器功率損耗為 0.294W + 0.983W = 1.277W。
電感使用位置，不得在電感下方（PCB表面或下方都不行）、在內層里或PCB背面布設敏感的控制走線。受電流流動的影響，線圈會產生磁場，結果會影響信號路徑中的微弱信號。在開關穩壓器中，一個關鍵信號路徑是反饋路徑，其將輸出電壓連接到開關穩壓器IC或電阻分壓器。
還應注意，實際線圈既有電容效應，也有電感效應。第一個線圈繞組直接連接到降壓開關穩壓器的開關節點，如圖1所示。結果，線圈里的電壓變化與開關節點處的電壓一樣強烈而迅速。由于電路中的開關時間非常短且輸入電壓很高，PCB上的其他路徑上會產生相當大的耦合效應。因此，敏感的走線應該遠離線圈。
一些電路設計者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如，它們會在電感下方提供切口，即使在接地平面層中也是如此。其目標是防止線圈下方接地平面因線圈磁場形成渦流。這種方法沒有錯，但也有爭論認為，接地平面要保持一致，不應中斷：
用于屏蔽的接地平面在不中斷時效果最佳。
PCB的銅越多，散熱越好。
即使產生渦流，這些電流也只能局部流動，只會造成很小的損耗，并且幾乎不會影響接地平面的功能。
因此，同意接地平面層，甚至是線圈下方，也應保持完整的觀點。
有多種電感類型可供選擇，但大多數降壓 DC/DC 轉換器通常使用鐵氧體鼓和鐵粉環形電感。因此，在設計降壓轉換器時，請牢記這些電感器選擇標準，以實現高性能、穩定和可靠的設計。
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