DCDC转换器如何选择电感与电容
DCDC变换器电感电容选型与参数设计工具
DCDC变换器电感电容选型与参数设计工具DC-DC变换器是一种常用的电力电子设备，用于将直流电能转换成所需的直流电压或电流。
在设计和实现这种变换器时，选择合适的电感和电容是至关重要的。
本文将介绍DC-DC变换器电感和电容的选型原则，并提供一个参数设计工具来辅助选型。
1. 电感选型原则电感是DC-DC变换器中重要的元件之一，它可以存储电能并平滑电流波形。
以下是一些电感选型的原则：1.1 电感电感的值应根据所需的电流和电压来确定。
较大的电感值可以减小输入输出电流的涟漪，并提高输出电压的稳定性。
1.2 额定电流额定电流是电感的最大工作电流。
选取电感时，要确保其额定电流大于或等于所需的工作电流，以确保电感工作的可靠性。
1.3 电感电流饱和电流是电感饱和的最大电流。
要确保所选电感的饱和电流大于所需的最大工作电流。
2. 电容选型原则电容也是DC-DC变换器中必不可少的元件之一，它可以存储电能并平滑电压波形。
以下是一些电容选型的原则：2.1 额定电压电容的额定电压应大于或等于所需的输入输出电压，以确保电容工作的安全可靠性。
2.2 电容容值电容的容值应根据所需的输出电流和输出电压波动幅度来确定。
较大的容值可以减小输出电压的纹波和噪声。
2.3 电容ESR和ESL电容的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）是需要考虑的参数。
较低的ESR和ESL值可以减小电容损耗和电流谐振的可能性。
3. 参数设计工具为了辅助电感和电容的选型与参数设计，我们开发了一个简单实用的工具。
该工具基于输入输出电压、电流要求以及其他设计要求，能够自动计算出合适的电感和电容数值，并提供相关的参数和规格建议。
你可以根据实际需求，在工具中输入所需的参数，并获得相应的选型结果。
总结：本文介绍了DC-DC变换器中电感和电容的选型原则，以及一个参数设计工具，帮助您选择合适的电感和电容。
正确的选型和参数设计对于DC-DC变换器的性能和可靠性至关重要。
为DC-DC选择正确的电感和电容
为DC/DC转换器选择正确的电感器与电容器随着手机、PDA以及其它便携式电子产品在不断小型化，其复杂性同时也在相应提高，这使设计工程师面临的问题越来越多，如电池使用寿命、占板空间、散热或功耗等。
使用DC/DC转换器主要是为了提高效率。
很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压，尽管采用线性稳压器即可实现这一转换，但它并不能达到基于开关稳压器设计的高效率。
本文将介绍设计工程师在权衡解决方案的占用空间、性能以及成本时必须要面对的常见问题。
大信号与小信号响应开关转换器采用非常复杂的稳压方法保持重/轻负载时的高效率。
现在的CPU内核电源要求稳压器提供快速而通畅的大信号响应。
例如，当处理器从空闲模式切换至全速工作模式时，内核吸收的电流会从几十微安很快地上升到数百毫安。
随着负载条件变化，环路会迅速响应新的要求，以便将电压控制在稳压限制范围之内。
负载变化幅度和速率决定环路响应是大信号响应还是小信号响应。
我们可根据稳态工作点定义小信号参数。
因此，我们一般将低于稳态工作点10％的变化称为小信号变化。
实际上，误差放大器处于压摆范围(slew limit)内，由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度，放大器并不控制环路，所以，在电感器电流达到要求之前，由输出电容器满足瞬态电流要求。
大信号响应会暂时使环路停止工作。
不过，在进入和退出大信号响应之前，环路必须提供良好的响应。
环路带宽越高，负载瞬态响应速度就越快。
从小信号角度来看，尽管稳压环路可以提供足够的增益和相位裕度，但是开关转换器在线路或负载瞬态期间仍然可能出现不稳定状态和振铃现象。
在选择外部元件时，电源设计工程师应意识到这些局限性，否则其设计就有可能遇到麻烦。
电感器选型以图1所示的基本降压稳压器为例，说明电感器的选型。
对大多数TPS6220x应用而言，电感器的电感值范围为4.7uH～10uH。
电感值的选择取决于期望的纹波电流。
一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20％。
DC-DC电路设计技巧及器件选型原则
DC-DC电路设计技巧及器件选型原则1.概念：DC-DC指直流转直流电源（Direct Current）。
是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值得电能的装置。
如，通过一个转换器能将一个直流电压（5.0V）转换成其他的直流电压（1.5V或12.0V），我们称这个转换器为DC-DC转换器，或称之为开关电源或开关调整器。
DC-DC转换器一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。
在讨论DC-DC转换器的性能时，如果单针对控制芯片，是不能判断其优劣的。
其外围电路的元器件特性，和基板的布线方式等，能改变电源电路的性能，因此，应进行综合判断。
DC-DC转换器的使用有利于简化电源电路设计，缩短研制周期，实现最佳指标等，被广泛用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、仪器仪表、交换设备、接入设备、移动通讯、路由器等通信领域和工业控制、汽车电子、航空航天等领域。
具有可靠性高、系统升级容易等特点，电源模块的应用越来越广泛。
此外，DC-DC转换器还广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。
在电路类型分类上属于斩波电路。
2.特点：其主要特点是效率高：与线性稳压器的LDO相比较，效率高是DCDC的显著优势。
通常效率在70%以上，效率高的可达到95%以上。
其次是适应电压范围宽。
A: 调制方式1: PFM（脉冲频率调制方式）开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定。
PFM 控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。
2: PWM（脉冲宽度调制方式）开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。
PWM 控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
B: 通常情况下，采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。
PWM的频率，PFM的占空比的选择方法。
PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。
选择最佳DCDC变换器的要点及途径
一、元器件的选择1.DC-DC电源变换器的三个元器件1)开关：无论哪一种DC/DC变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。
电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。
只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有IGBT管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。
2)电感：电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因此理论损耗为零。
电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。
其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”.换句话说，由于“磁通连续性”,电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。
电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。
但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数(或称寄生参数)的现象。
其一是绕线电阻，这是不可避免的;其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。
杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。
如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。
3)电容：电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件。
但对频率的特性却刚好相反。
应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电压波形的作用。
实际上的电容并不是理想的元件。
电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻ESR.这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。
另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。
有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。
电容的串联电阻与接点和引出线有关，也与电解液有关。
常见铝电解电容的成分为AL2O3,导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。
DCDC转换器如何选择电感与电容
DCDC转换器如何选择电感与电容DC-DC转换器是一种将直流电压转换为不同电压级别的器件。
在选择电感和电容时，需要考虑转换器的工作频率、功率要求、效率、体积、成本等因素。
接下来将从这些方面详细介绍如何选择电感和电容。
1.工作频率：工作频率是选择电感和电容的关键因素之一、转换器的工作频率通常为几十千赫兹到几兆赫兹，不同频率的转换器对电感和电容的要求也不同。
一般来说，工作频率较高的转换器需要使用低电感值和小电容值的元件，而工作频率较低的转换器则需要使用高电感值和大电容值的元件。
2.功率要求：转换器的功率要求是选择电感和电容的另一个关键因素。
功率要求高的转换器通常需要使用高电流承受能力的电感和电容，以保证转换器的稳定性和可靠性。
此外，功率要求高的转换器还需要考虑元件的能量损耗、温升等因素，以确保转换器的高效率运行。
3.效率：效率是转换器的重要指标之一，也是选择电感和电容的重要考虑因素。
较高的效率意味着转换器的能量损耗较小，因此在选择电感和电容时应考虑其损耗等效系列电阻和损耗等效并联电阻等参数。
通常选择较低电感值和小电容值的元件可以提高转换器的效率。
4.体积：转换器的体积是另一个需要考虑的因素。
较小体积的转换器往往需要较小的电感和电容。
因此，在选择电感和电容时应考虑其尺寸和重量，以满足转换器体积小、重量轻的要求。
5.成本：成本是选择电感和电容的重要考虑因素之一、较大电感值和较大电容值的元件通常成本较高，而较小电感值和较小电容值的元件成本相对较低。
在选择电感和电容时，应根据转换器的成本预算，选择性价比高的元件。
综上所述，选择适合的电感和电容需要综合考虑工作频率、功率要求、效率、体积和成本等因素。
需要注意的是，不同转换器的特性和要求有所差异，因此在选择电感和电容时应根据具体的应用场景进行综合考虑，并多进行实验验证。
dcdc输入端电感
dcdc输入端电感
DC-DC转换器的输入端通常会连接一个电感。
电感在DC-DC转
换器中扮演着重要的角色，它可以用来平滑输入电流、滤波和储能。
当输入端电压发生变化时，电感会储存能量，并在需要时释放能量，从而有助于保持输出电压的稳定性。
此外，电感还可以限制输入端
的电流波动，减小电磁干扰，提高整个系统的效率和稳定性。
在选择输入端电感时，需要考虑一些因素，例如电感的值、电
流承受能力、饱和电流和频率响应等。
不同的DC-DC转换器可能需
要不同数值的电感来满足其设计要求。
此外，电感的质量和尺寸也
是需要考虑的因素，因为它们会影响整个系统的性能和成本。
另外，输入端电感的位置和布局也是需要注意的。
良好的布局
可以减小电感的串扰和电磁干扰，提高系统的抗干扰能力。
同时，
输入端电感的连接方式和接地方式也需要谨慎考虑，以确保系统的
稳定性和可靠性。
总的来说，输入端电感在DC-DC转换器中扮演着至关重要的角色，它不仅影响着系统的性能和稳定性，还需要综合考虑电感的数
值、质量、尺寸、布局和连接方式等因素，以确保整个系统的正常运行。
DCDC电路中电感的选择
DCDC电路中电感的选择[电路设计资料]DC/DC 电路中电感的选择在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。
工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。
本文专注与解释：电感上的DC 电流效应。
这也会为选择合适的电感提供必要的信息。
理解电感的功能电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L（C 是其中的输出电容）。
虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。
在降压转换中（Fairchild 典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC 输出电压。
另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。
在状态1 过程中，电感会通过（高边“high-side”）MOSFET 连接到输入电压。
在状态2 过程中，电感连接到GND。
由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“low-side”）MOSFET 接地。
如果是后一种方式，转换器就称为“同步（synchronus）”方式。
现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。
在状态1 过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。
对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。
相反，在状态2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。
对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。
我们利用电感上电压计算公式：V=L(dI/dt)因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。
通过电感的电流如图2 所示：通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC 电流加开关峰峰电流的一半。
上图也称为纹波电流。
根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流：其中，ton 是状态1 的时间，T 是开关周期（开关频率的倒数），DC 为状态1 的占空比。
DCDC电感选型指南
DCDC电感选型指南DC/DC电感是直流-直流转换电路中的重要元件，主要用于存储和传递能量。
选用合适的电感对于电路的性能和效率至关重要。
本文将为您介绍DC/DC电感的选型指南，帮助您在设计中选择正确的电感。
1.了解电路工作条件在选择电感之前，首先需要了解电路的工作条件。
这包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流范围以及开关频率等。
根据这些参数可以确定电感所需的工作模式（连续模式或间断模式）和承载能力。
2.确定电感的额定电流电感的额定电流是电感能够承受的最大电流。
在计算额定电流时，需要考虑开关频率、电感的内阻和温度等因素。
一般来说，额定电流应大于或等于电路中的最大输出电流，以确保电感工作在安全范围内。
3.选择合适的工作模式根据电路的工作参数，确定电感的工作模式。
连续模式适用于较低的开关频率和较小的电流波动，而间断模式适用于较高的开关频率和较大的电流波动。
选择合适的工作模式可以提高电路的效率和稳定性。
4.计算电感值根据电路的输入电压范围、输出电压范围和开关频率，可以计算出所需的电感值。
一般来说，电感值越大，电感能存储的能量就越多。
但是，较大的电感值也会带来较大的尺寸和成本。
所以需要在尺寸、成本和性能之间进行权衡。
5.选择合适的磁芯材料DC/DC电感通常采用磁芯来增加电感的存储能量。
选择合适的磁芯材料可以提高电感的效率和性能。
常见的磁芯材料包括铁氧体、烧结铁氧体、金属材料等。
不同的磁芯材料具有不同的磁导率、饱和磁感应强度、磁阻等特性。
根据电路要求选择适合的磁芯材料。
6.考虑温升和寿命在选择电感时，需要考虑电感的温升和寿命。
温升是指电感在工作过程中的温度升高，而寿命是指电感的使用寿命。
高温会影响电感的性能和寿命。
因此，在选择电感时，需要考虑电感的温升和寿命要求，选择合适的电感。
7.参考厂商规格书最后，在选型过程中，可以参考厂商的规格书和应用手册。
规格书通常提供了电感的详细性能参数、选型指南和使用注意事项等信息。
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随着手机、PDA以及其它便携式电子产品在不断小型化，其复杂性同时也在相应提高，这使设计工程师面临的问题越来越多，如电池使用寿命、占板空间、散热或功耗等。
使用DC/DC转换器主要是为了提高效率。
很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压，尽管采用线性稳压器即可实现这一转换，但它并不能达到基于开关稳压器设计的高效率。
本文将介绍设计工程师在权衡解决方案的占用空间、性能以及成本时必须要面对的常见问题。
大信号与小信号响应
开关转换器采用非常复杂的稳压方法保持重/轻负载时的高效率。
现在的CPU内核电源要求稳压器提供快速而通畅的大信号响应。
例如，当处理器从空闲模式切换至全速工作模式时，内核吸收的电流会从几十微安很快地上升到数百毫安。
随着负载条件变化，环路会迅速响应新的要求，以便将电压控制在稳压限制范围之内。
负载变化幅度和速率决定环路响应是大信号响应还是小信号响应。
我们可根据稳态工作点定义小信号参数。
因此，我们一般将低于稳态工作点10％的变化称为小信号变化。
实际上，误差放大器处于压摆范围(slew limit)内，由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度，放大器并不控制环路，所以，在电感器电流达到要求之前，由输出电容器满足瞬态电流要求。
大信号响应会暂时使环路停止工作。
不过，在进入和退出大信号响应之前，环路必须提供良好的响应。
环路带宽越高，负载瞬态响应速度就越快。
从小信号角度来看，尽管稳压环路可以提供足够的增益和相位裕度，但是开关转换器在线路或负载瞬态期间仍然可能出现不稳定状态和
振铃现象。
在选择外部元件时，电源设计工程师应意识到这些局限性，否则其设计就有可能遇到麻烦。
电感器选型
以图1所示的基本降压稳压器为例，说明电感器的选型。
对大多数TPS6220x应用而言，电感器的电感值范围为4.7uH～10uH。
电感值的选择取决于期望的纹波电流。
一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20％。
如等式1所示，较高的V IN或V OUT也会增加纹波电流。
电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。
以增加输出电压纹波为代价，使用低值电感器便可提高输出电流变化速度，从而改善转换器的负载瞬态响应。
高值电感器则可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。
可将线圈总损耗结合到损耗电阻(R s)中，该电阻与理想电感(L s)串联，组成了一个如图1所示的简化等效电路。
尽管R s损耗与频率有关，但在产品说明书中仍对直流电阻(R DC)进行了定义。
该电阻取决于所采用的材料或贴片电感器的构造类型，在室温条件下通过简单的电阻测量即可获得。
R DC的大小直接影响线圈的温度上升。
因此，应当避免长时间超过电流额定值。
图1：TPS6220x基本降压稳压器。
线圈的总耗损包括R DC中的耗损和下列与频率相关联的耗损分量：磁芯材料损耗(磁滞损耗、涡流损耗)；趋肤效应造成的导体中的其他耗损(高频电流位移)；相邻绕组的磁场损耗(邻近效应)；辐射损耗
可将上述所有耗损分量组合在一起构成串联耗损电阻(R s)。
耗损电阻主要用于定义电感器的品质。
然而，我们无法用数学方法确定R s。
因
此，我们一般采用阻抗分析仪在整个频率范围内对电感器进行测量。
这种测量可以确定X L(f)、R s(f)和Z(f)个别分量。
我们将电感线圈电抗(X L)与总电阻(R s)之比称为品质因素Q，参见公式(2)。
品质因素被定义为电感器的品质参数。
损耗越高，电感器作为储能元件的品质就越低。
品质—频率图可以帮助选择针对特定应用的最佳电感器结构。
如测量结果图2所示，可以将损耗最低(Q值最高)的工作范围定义为一直延伸到品质拐点。
如果在更高的频率使用电感器，损耗会剧增(Q降低)。
良好设计的电感器效率降低微乎其微。
不同的磁芯材料和形状可以相应改变电感器的大小/电流和价格/电流关系。
采用铁氧体材料的屏蔽电感器尺寸较小，而且不辐射太多能量。
选择何种电感器往往取决于价格与尺寸要求以及相应的辐射场/EMI要求。
输出电容器
消除输出电容器可以在成本和占板空间两方面实现节省。
输出电容器的基本选择取决于纹波电流、纹波电压以及环路稳定性等各种因素。
输出电容器的有效串联电阻(ESR)和电感器值会直接影响输出纹波电压。
利用电感器纹波电流((I L)和输出电容器的ESR可以简单地估测输出纹波电压。
因此，设计时应当选用ESR尽可能低的电容器。
例如，采用X5R/X7R 技术的4.7uF到10uF电容器表现为10m(范围的ESR值。
轻负载(或者不考虑纹波的应用)也可以使用容值更小的电容器。
图2：品质-频率图：(a) Q和频率的关系；(b) R S和频率的关系。
TI的控制环路架构使您能够采用自己首选的输出电容器，同时还可以补偿控制环路，以实现最佳的瞬态响应和环路稳定性。
当然，内部补偿能够理想地支持一系列工作条件，而且能够敏感地响应输出电容器参数变化。
TPS6220x系列降压转换器具有内部环路补偿功能。
因此，必须选择支持内部补偿功能的外部LC滤波器。
对于此类器件而言，内部补偿最适合16kHz的LC转角频率(corner frequency)，即10uH电感器与10uF输出电容器。
根据一般经验法则，在选用不同输出滤波器时，L *C乘积不应当大范围变动。
在选择更小的电感器或电容器值时，会造成转角频率增加至更高频率，因此这一点尤为重要。
在从负载瞬态出现到打开P-MOSFET期间，输出电容器必须提供负载所需的全部电流。
输出电容器提供的电流会造成经过ESR的电压降低 (从输出电压中扣除)。
ESR越低，输出电容器提供负载电流时的电压损耗就越低。
为了降低解决方案尺寸并且提升TPS62200转换器的负载瞬态性能，建议采用4.7uH电感器和22uF输出电容器。