DC-DC電路設(shè)計中對電感的選型為工程師們帶來許多挑戰(zhàn),不僅要選擇電感值,還要考慮電感可承受的電流,繞組的電阻,機械尺寸等。因此只有充分理解電感在電路中的作用才能更優(yōu)的設(shè)計DC-DC電路。
DC-DC電感選型主要參考參數(shù)
電感量L:
L越大,儲能能力越強,紋波越小,所需的濾波電容也就小。但是L越大,通常要求電感尺寸也會變大。
自諧頻率f0:
由于電感中存在寄生電容,使得電感存在一個自諧振頻率。超過此F0是,電感表現(xiàn)為電容效應(yīng),低于此F0,電感才表現(xiàn)為電感效應(yīng)。(阻抗隨頻率增大而增加)
內(nèi)阻DCR:
指電感的直流阻抗。該內(nèi)阻造成I2R的能量損耗,造成DC-DC降低效率,同時也是導(dǎo)致電 感發(fā)熱的主要原因。DCR增加,導(dǎo)致DC-DC效率降低。相應(yīng)的電感成本也會增加。
飽和電流Isat:
通常指電感量下降30%時對應(yīng)的DC電流值。
溫升電流Irms:
通常指是電感表面溫度上升到40度時的等效電流值。
DC-DC電感選型步驟
根據(jù)DC-DC的輸入輸出特性計算所需的小電感量。(注:對于電感量的計算,各DC-DC 芯片手冊上有明確的計算方法,請以手冊為準,以下公式只是個舉例說明)
對于Buck型DC-DC,計算公式如下:
Lmin=【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irpp
其中:
Vinmax = maximum input voltage
Vout = output voltage
Fsw = switching frequency
Irpp = inductor peak-to-peak ripple current
通常將Irpp控制在50%的輸出額定電流Irate。則上述公式變化如下:
Lmin=2*【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irate
對于Boost型DC-DC的Lmin電感計算公式如下:
Lmin=2*【Vinmax*(1-Vinmax/Vout)】/Fsw*Irate
根據(jù)電感的精度,計算出有一定裕量的電感值。例如:對于20%精度的電感,考慮到5%的設(shè)計裕量。則DC-DC所需的電感為L=1.25*Lmin
確定我們所需的電感為比計算出的電感L稍大的標稱電感。例如:Buck型DC-DC電路設(shè)計,其輸入為電池Vinmax=4.2V,開關(guān)頻率Fsw=1.2MHZ,輸出電流Irate=500mA,輸出電源Vout=1.2V。
則其DC-DC所需的電感:
Lmin= [2*1.2*(1-1.2/4.2)]/(1.2*0.5)uH=2.85uH
L=2.86uH*1.25=3.57uH
距離3.57uH近的一個標稱電感為4.7uH,所以DC-DC外部電感選用4.7uH電感。
在給定的的標稱電感下,考慮以下限制因素終決定電感的選型:
1、電感自諧頻率f0需10倍于開關(guān)頻率Fsw以上;
2、飽和電流Isat和有效電流Irms中較低的一個需是DC-DC額定電流輸Irate的1.3倍以上;
3、DCR越低越好;
4、疊層電感比繞線電感好(損耗小);
5、帶屏蔽的電感比不帶屏蔽的電感好。(改善EMI)