Buck电路电感计算表
dcdc buck电路的计算
dcdc buck电路的计算DC-DC Buck电路是一种常见的电压转换器，用于将高电压转换为低电压，广泛应用于各种电子设备中。
本文将详细介绍如何计算DC-DC Buck电路的关键参数，并提供实用计算方法。
一、DC-DC Buck电路简介DC-DC Buck电路是一种基于开关管、电感、电容等元件的电压转换器。
在工作过程中，通过控制开关管的导通与截止，实现输入电压与输出电压之间的能量传递。
Buck电路具有结构简单、转换效率高等优点。
二、计算DC-DC Buck电路的关键参数1.电感（L）电感的大小影响电路的输出电压波动和电流纹波。
选择电感时，需根据负载电流和开关频率来确定。
电感计算公式为：L = Vout * fsw / (2 * π * Iout)其中，Vout为输出电压，fsw为开关频率，Iout为负载电流。
2.电容（C）电容的大小影响电路的输出电压波动和电流纹波。
选择电容时，需根据负载电流和开关频率来确定。
电容计算公式为：C = Vout * fsw / (2 * π * Iout)其中，Vout为输出电压，fsw为开关频率，Iout为负载电流。
3.开关管导通时间（ton）开关管导通时间影响电路的转换效率。
理想情况下，导通时间等于半个周期，计算公式为：ton = 1 / (2 * fsw)其中，fsw为开关频率。
4.开关管截止时间（toff）开关管截止时间影响电路的输出电压波动和电流纹波。
理想情况下，截止时间等于半个周期，计算公式为：toff = 1 / (2 * fsw)其中，fsw为开关频率。
三、详细步骤及公式推导1.确定负载电流Iout和开关频率fsw。
2.根据公式计算电感L和电容C。
3.计算开关管导通时间ton和截止时间toff。
4.根据实际需求，调整元件参数，以满足电路性能要求。
四、实例分析与计算假设我们需要设计一个输出电压为5V，负载电流为1A，开关频率为100kHz的DC-DC Buck电路。
变压器和电感计算表格
Vin-min(V)Vin-max(V)工作频率F(Hz)输出电压Vo(V) 6616030000048
以上为根据电流纹波系数计算BUCK电路电感量L(uH)输出电流Io(A)磁通密度Bm(T)磁芯有效截面积Ae(mm~2)
34 6.50.2589.7
以上为根据电感量和磁芯截面积计算最电感量L(uH)磁芯有效截面积Ae（mm~2）匝数Nmin气隙大小lg(mm) 16919.18240.082105835
以上根据电感量、匝数、有效截面积计算输入电压(V)单相占空比D开关频率F(Hz)磁通密度Bm(T) 480.51500000.11
以上为推挽、桥式变压器原边匝数输入电压(V)单相占空比D开关频率F(Hz)磁通密度ΔB(T) 480.53000000.25
以上为正激变压器原边参数计算
输出电流Io(A)纹波系数K输出电感量L(uH)
6.50.534.46153846 CK电路电感量
最小匝数Nmin
9.855072464
计算最小匝数
积计算气隙大小
磁芯有效截面积Ae（mm~2）原边匝数
89.78.10783419
边匝数计算
磁芯有效截面积Ae（mm~2）原边匝数
89.7 3.56744705
数计算。
buck计算公式
电感峰值电流Ipk
1.65486111A
伏秒数Et
buck设计 最大输出功率Po： 效率η 输入功率Pin 最大输入电压Vin： 输出电压Vo 输出电流Io 开关频率F T 电感在开关开启电压VON 电感在开关关闭电压VOFF 最小占空比D 电感的平均电流IL 电流纹波率r 电感量L 峰峰电流IPP＝Δ I 纹波电流I导说明(所有计算在连续模式下，断 IL不同,更接 公式推导说明 续模式的计算不同） 近实际
Δ I＝V×Δ T/L 0.23925A =VON×tON/L＝VOFF×tOFF/L 0.119625A IPK＝IDC＋IAC＝（1＋r/2）×IDC ＝（1＋r/2）×IL 1.119625A ＝（1＋r/2）×Io/（1－D） =（1＋r/2）×Io*Vo/VIN 2.3925uS Et＝Von*Ton＝Voff*Toff＝VonD/f＝Voff （1-D）/f
备注
3.3W 90.00% 3.66666667W 12V 最大值时最恶劣 3.3V 1A 1000000Hz 1000KHz 1uS 8.7V VON＝VIN－Vo－VSW≈VIN－Vo 3.3V VOFF＝Vo＋VD≈Vo D＝tON/（tON＋tOFF） 0.275 ＝VOFF/（VOFF ＋VON） 1A IDC＝IL＝Io 0.23925 10uH r＝Δ I/ IL ＝VON*D/Lf IL＝VOＦＦ*（1－D）/LfIL L＝VOＦＦ×（1－D）/rf IL＝VON×D/rfIL 1.11111111A 直流电流IDC＝IL＝Po/（η VinD） 0.97875 2.2uH 1.0875A 0.54375A 都是基于电感的公式 V=L*dI/dt V=L*Δ I/Δ t V*Δ t=L*Δ I Von*Ton=Voff*Toff 加入效率，实质是将输出电流 Io/η
buck计算公式
单位 A V W
说明
经验假设值 W V V KHz mV
经验假设值 指标 经验假设值
理论计算值 最小占空比：Dmin 最大占空比：Dmax 开关周期:T 最大导通时间：Ton-max 最小导通时间：Ton-min 最大电感电压：Vl-max 最小电感电压：Vl-min 电感电流平均值:Ilavg 电感电流纹波值：Ilpp 电感电流峰值：Ilpk 电感电流谷值：Ilvy CCM最小负载电流：Io-min(ccm) 电感电流有效值：Ilrms 输入电流平均值:Iin-avg 输入电流有效值：Iin-rms 电感最低值：Lmin 实际电感值：L 纹波最小电容： Co-min(Vrpp) Resr（to） 负载阶跃响应最小电容： Co-min(load) 目标阻抗：Zco-max BUCK电容:Co-min 最小单个电容容量：Co 最大单个电容ESR:Resr 最小输入电容：Cin-min 最小输入电容：Cin-min
可不计算 可不计算 可不计算
参数指标 最大输出电流：Io-max 输出电压：Vo 最大输出功率：Po-max 转换效率：η 最大输入功率：Pin-max 最大输入电压：Vin-max 最小输入电压：Vin-min 开关频率：F 最大输出纹波电压：Vrpp 电流纹波率:r
值 21 3.6 75.6 0.8 94.5 12.6 9 100 50 0.1
值 0.357142857 0.4 10 4 3.571428571 9 5.4 21 2.1 23.1 18.9 1.05 10.5 10.0623059 21.42857143
单位
uS uS uS V V A A A A A
uH uH uF mΩ uF mΩ uF uF mΩ uF uF
Buck变换器的电感计算
4. Determine wire size
a). Chinese method
φ := 1.13⋅ I J
Where: φ---diameter of wire in mm J---current density (7~16 for typical application)
As := 2.79
AWG21
Ω := 12.77
Ω
1000ft
DCR := MLT⋅ N ⋅Ω
DCR = 5.43
mΩ
2.54⋅12
Pcu := Io2⋅DCR
Pcu = 229.408
Because the inductor was designed in continued mode, the AC resisitance can be ignored.
c) Temperature ∆τ := 0.833 Pt As Where: Pt is the total loss in mW As is the surface area in cm^2 Note: This method just for reference, the best way is to build a sample to test.
1). Verify if the core saturation ∆B := ∆I⋅ L⋅10− 2 N⋅Ae
Where: ∆B is the flux swing in Tesla ∆I is the peak to peak current L is inductance in µH N is number of turns Ae is core cross area in cm^2
Buck电感计算
Buck converter design降压电路（也叫buck电路）是值输出电压小于输入电压，控制IC通过调整占空比来实现电压的转换，其表达式为Vout=Vin*D。
ST L7987是一款非同步开关管内置的IC。
现在根据IC的DATASHEET分析BUCK电感的设计。
1，典型电路图2，设计输入条件Vin22V:=Vin_min16V:=Vin_max28V:=Vout12V:=Iout3A:=Fsw500KHz:=Vfb0.8V:=Iss5106-A⋅:=3，计算感量IL Iout3A=:=ΔI0.1IL⋅0.3A=:=关于电感电流变化系数的选择，与很多因数有关。
系数越大，电感体积越小，但是纹波电流大，需要大容量的滤波电容器。
这里计算选择了0.1，仅供参考。
L_actual22μH:=4，开关管电流波形，续流二极管电流波形从两个器件的波形图可以看出BUCK电路的工作过程，开关管导通的时候，电感电流上升，电感储存能量，续流二极管处于关闭状态，无电流。
开关管关闭后，电感电流下降，电感释放能量，续流二极管处于导通状态，且电流减小。
5，电感设计电感在一个周期中有储存能量和释放能量的过程,磁芯磁路中需要高磁阻部分来担任这个作用。
常用的几种电感结构有：工字/棒形磁芯(开磁路）；气隙铁氧体；金属磁粉芯；气隙非晶磁芯a)选择铁氧体磁芯AP 法选择磁芯Aw=N*Irms/J/Ku Ae=L*Ipeak/N/Bm Ap=L*Ipeak*Irms/Ku/J/BmEQ18Ae 30102-⋅cm2:=Le 2.17cm :=Ve 668103-⋅cm 3:=ur 1800:=选择3*0.25mm 扁线可以满足要求计算磁芯气隙计算损耗ID 7.2mm :=ρ 2.33108-⨯Ωm⋅:=L_cu 3.14ID W +()⋅N_actual ⋅ 1.05⋅0.336m=:=P_cu Irms 2R_cu ⋅0.094W=:=Ptotal P_fe P_cu +0.094W =:=计算温升L_core 18mm :=W_core 9.7mm :=H_core 6.3mm:=As 2L_core W_core ⋅L_core H_core ⋅+W_core H_core ⋅+()⋅ 6.982104-⨯m 2=:=ΔT 2956.9820.7-⋅0.0940.85⋅10.144=:=b)选择金属磁粉芯Bm_powder 0.5T:=D_choose 1.0mm:=初选磁芯KS065125A -根据计算软件得到设计值如下：L031.75μH:=L_3A 24.76μH :=P_core 0.1W:=P_wire 0.16W :=金属磁粉芯的设计有软件可以帮助，相关计算公式供应商也可以提供，包括损耗计算公式，电感下降比例计算，温升等各种。
BUCK电路电感选择和计算
BUCK电路电感选择和计算电感参数当导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与产生此磁通的电流成正比。
当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。
根据法拉弟电磁感应定律来分析，电感则是电流通过线圈产生的磁通量储存在铁心中存储能量（Φ=LI），当通过线圈的电流愈大时磁通量也相对愈大，即代表储存的能量越大。
如图1 中，开关导通时间段，电感L内的电流逐渐增加，当导通结束后，进入截止时间段，这时候由于L内的电流达到最大值，电感中的电流不能突变，所以，继续有电流流过，当截止时间结束后，电感中的电流达到最小值，重新开始新的周期。
电感就是通过这种在周期中的导通时间，将能量储存在磁场内，并在断开时将所储存的能量提供给负载来工作。
图1.电感在DC-DC Buck 电路中的应用，工作在连续电流模式下。
电感两端的电压可以突变但电流不会突变。
由于电感中变化磁场会对周边产生电磁辐射，对周边敏感组件产生干扰，因此屏蔽是首先需要考虑的，屏蔽的电感最主要就对外辐射少，但是尺寸比较大，价格也贵。
非屏蔽的电感则可以做的很小，电流也可以做的很大，价格也便宜。
如果设计中问题辐射是关键因素，屏蔽电感还是首选。
当电流流过时，电感的温度会上升，交流纹波（AC ripple）会导致磁芯损耗，而直流电流会导致感应系数下降。
稳态状况下直流电流Irms 引起电感温度上升20-40 摄氏度，这也是电感功耗的主要参考。
另外，也有将Irms 归类成输出电流或开关模块的平均电流。
功耗有两部分组成，已是由Irms 部分计算的直流损耗P=I2R和AC纹波电流引起的磁芯损耗。
电感选择示例buck 转换电路为例说明滤波电感的设计方法。
这是常用的降压调节电路，以提供稳定和高效的输出电压。
在变换电路中，设有LC 滤波电路，滤波电感中的电流含有一个直流成分和一个周期性变化的脉动成分。
详细分析BUCK电源的参数计算
详细分析BUCK电源的参数计算
瞬态响应
小时候喜欢看赵忠祥的动物世界，有这样一幅紧张又刺激的画面一直留存在脑海里，草原上一群小鹿正在休憩着，一只豹子慢慢靠近，然后突然发力扑过去，受惊的小鹿立刻发足狂奔，反应速度快的可以逃脱，反应速度慢的就成为了豹子的大餐，这里我们先记着“反应速度”这个词。
我们在使用电脑时，当电脑处于休眠状态时按下任意一个唤醒键，电脑要能够瞬间Warm up起来，准备迎接主人的各种操作，这个过程越快越好，快到人们几乎没有感觉，这时候内部主要电源的电流会突然拉升，相应的输出电压会先Collapse然后重新建立平衡回到原点，看图1。
这里我们记住“环路带宽”这个词，环路带宽越大，电压回到原点的过程就越快。
图1 瞬态响应
那么这跟上面豹子和小鹿有什么关系呢？前面小鹿的“反应速度”和后面电脑的“环路带宽”是一个概念。
图2是一张二者的类比图，电源系统必须要能够从负载的突变中快速恢复正常，否则电脑就会象上面那只可怜的小鹿一样挂了。
你知道吗？此时电脑内部的电源可遭罪了，因为此时系统的功耗会猛一下窜到很高，低功耗（电流）的平衡被打破，需要重新调整到高功耗的平衡。
图2 电脑和小鹿的类比
当电脑唤醒或者睡眠的瞬间，板子上的DC-DC BUCK电源输出端的负载电流会发生突变，导致输出的电压产生短暂的晃动，在经过快速调整后恢复到正常电压，这种过程我们称之为电源的瞬态响应，在调整过程中需要满足三个方面的设计要求：
1. 电压调整–输出电压的晃动不能超出芯片的工作范围；
2. 环路带宽–输出电压恢复到正常电压的时间要尽量快；。