BUCK电路电感选择和计算 (2)

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。电感L 的作用是滤除斩波开

关输出电流中的脉动成分，以减小纹波，也可以看成是续流用的，当开关断开的

时候，电感、负载、续流二极管就组成了回路。

从滤波效果方面考虑，电感量越大，效果越明显。

但是，如果电感量过大，会使滤波器的电磁时间常数变得很大，使得输出电压对占空比变化的响应速度变慢，从而影响整个系统的快速性。一味地追求减小输出电压的纹波成分是不可取的。所以在设计电感参数时应从

减小纹波和保持一定的快速性两个方面去考虑。

此电路要求的相关参数如下：

Vin=8-12V；

Vo=5V；

Io=0. 5-2A；

fswitch=250kHz。

电路工作在连续电流模式（CCM）下，即在各个工作状态下，电感中电流大于0A。现在根据以上参数，可以算出所需电感的参数：

磁芯材料和相应的参数

1.计算电路中开关的周期Ｔ：Ｔ=1/f=1/250 kHz=4μs

2.计算电路中开关的占空比Ｄ：Ｄmin=Vo/Vin（max）=5V/ 12V=0.4

3.计算开关导通时间Ton：Ton=ＴxＤmin=4μs×0.4=1.6μs

4.计算电感的纹波电流dI，一般不超过最大输出电流的30%：

dI=Io×0.3=2A×0.3=0.6A

5.计算电感两端的电压V：V=Vin（max）-Vout- Vdiode=12V-5V-1V=6V

6. 计算最小的感应系数，由V=LdI/dt 得出：Lmin＝Vdt/ dI=6V×1.6μs/0.6

A=16μH

7. 计算考虑误差的感应系数，考虑到与标准之间20%的偏差和在额定电流下会有10-35％降幅：L=16μH/（0.8×0.65）=31μH

电流大了，磁心将进入磁化曲线的饱和区，磁导率下降，故电感量下降。

8. 计算峰值电流Ipeak：Ipeak=Io（max）+dI/2=2A+0.6A/2=2.3A

电感的结构包括磁芯的尺寸、材料、绕组的匝数、导线的直径等内容。电感量越大说明相应的匝数也会增

多，磁芯的体积就要大一些；电流越大，说明采用的导线就越粗，也要求磁芯的体积增大。

现在关于电感的所有参数都计算出来了，接下来就需要根据参数挑选合适的电感。根据电感目录对照可以很方便找出合适的电感。以下也给出了一些电感选择经验

1. 电感电流要依据设计中最大输出电流来选择

2. 电感的值必须达到理论的计算

3. 选择理想的DC阻抗，因为阻抗越小，DC损耗就越小

4. 选择合适的电感结构和磁芯类别