同步降压转换器中的输出电感注意事项

[导读]电感器是开关稳压器和同步降压转换器的重要组成部分，如图 1 所示。在所有开关稳压器中，当 MOSFET 导通时，输出电感器存储来自电源输入源的能量并将能量释放到负载（输出） .

电感器是开关稳压器和同步降压转换器的重要组成部分，如图 1 所示。在所有开关稳压器中，当 MOSFET 导通时，输出电感器存储来自电源输入源的能量并将能量释放到负载（输出） .

图 1：同步降压 DC/DC 转换器

我们应该选择电感器来管理输出电容器尺寸、负载瞬变和输出纹波电流。低电感值和高电感值都有好处。

低电感的好处包括：

· 降低直流电阻 (DCR)，这是电感线固有的，会影响纹波和功率损耗。

· 更高的饱和电流，以获得更高的输出电流能力。

· 更高的压摆率 (di/dt)，可改善负载瞬态响应并降低给定负载瞬态的输出电容。

高电感的好处包括：

· 降低纹波电流，进而降低：

· 交流损耗（电感趋肤效应）。

· MOSFET 均方根 (RMS) 电流。

· 输出电容 RMS 电流。

· 等效输出纹波的输出电容。

· 在更宽的负载范围内连续电感电流。

公式 1 计算输出电感值：

其中，L是电感的输出，V OUT是目标输出电压，V IN（最大）是最大输入电压，F小号是降压转换器的开关频率和予RIPPLE是目标输出纹波电流。

我建议将纹波电流调整为满载的 10% 到 30%。将数值代入公式1，公式2为输出电感计算结果：

用于电压转换的开关稳压器使用电感来临时存储能量。这些电感的尺寸通常非常大，必须在开关稳压器的印刷电路板(PCB)布局中为其安排位置。这项任务并不难，因为通过电感的电流可能会变化，但并非瞬间变化。变化只可能是连续的，通常相对缓慢。

开关稳压器在两个不同路径之间来回切换电流。这种切换非常快，具体切换速度取决于切换边缘的持续时间。开关电流流经的走线称为热回路或交流电流路径，其在一个开关状态下传导电流，在另一个开关状态下不传导电流。在PCB布局中，应使热回路面积小且路径短，以便最大限度地减小这些走线中的寄生电感。寄生走线电感会产生无用的电压失调并导致电磁干扰(EMI)。

在本例中，我选择了 Pulse Electronics 的 PG0077.801 电感器。其相关参数如表1所示。

表 1：PG0077.801 电感器参数（图片由 Pulse Electronics 提供）

检查电感与负载（偏置）电流的关系很重要，因为电感随着电流的增加而减小。然后我们可以确定目标负载电流下的实际电感量。

如果假设连续输出电流为 15A，则实际电感为 0.83mH，如图 2 所示。

图 2：电感与电流（图片由 Pulse Electronics 提供）

一旦知道实际电感值，就可以重新计算纹波和 RMS 电流。公式 3 重新计算纹波电流：

公式 4 重新计算 RMS 电流：

我们还可以计算电感损耗。总电感损耗是绕组损耗和磁芯损耗，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（计算出的纹波电流）和 P CORE = 0.983W。

在此示例中，总电感器功率损耗为 0.294W + 0.983W = 1.277W。

电感使用位置，不得在电感下方（PCB表面或下方都不行）、在内层里或PCB背面布设敏感的控制走线。受电流流动的影响，线圈会产生磁场，结果会影响信号路径中的微弱信号。在开关稳压器中，一个关键信号路径是反馈路径，其将输出电压连接到开关稳压器IC或电阻分压器。

还应注意，实际线圈既有电容效应，也有电感效应。第一个线圈绕组直接连接到降压开关稳压器的开关节点，如图1所示。结果，线圈里的电压变化与开关节点处的电压一样强烈而迅速。由于电路中的开关时间非常短且输入电压很高，PCB上的其他路径上会产生相当大的耦合效应。因此，敏感的走线应该远离线圈。