电感如何选择与评估板相匹配的PCB封装.doc

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1、电感如何选择与评估板相匹配的PCB封装　　该评估板(图1)包含有一个0.47ｕH电感，可以同时提供较高的效率和快速负载暂态响应。较低的电感值导致较低的效率，较大的电感以暂态响应为代价提供更高的效率。本文中讨论的其他电感(表1)经过选择可以与评估板的PCB封装相匹配，并且能以最小的改动(如果需要)来配合评估板的电路。　　　　　　尺寸考虑　　表1中两个系列的电感提供不同的磁芯尺寸。它们的引脚相同，但是FDV0630系列电感在电路板上要高1mm。较高的高度使得使用较短的铜线成为可能—使用更大的直径或较少

2、的匝数，或二者兼具。　　0.2ｕH以及更低的电感表现出很低的效率，因此更小的电感未予考虑。较小的电感值还带来较大的峰值电流，它必须保持低于MAX8646的最低电流限制以防止失稳。另一方面，大于1ｕH的电感也不合适。评估0.47ｕH和1ｕH的电感值将使得这些折衷更加清楚。请注意较大的FDV0630系列电感具有相同的电感值和引脚，但是提供更低的电阻和更高的额定电流。关于电感磁芯的尺寸、材料和磁导率的详细比较超出了本文的讨论范围，但是电感制造商可以提供很多相关主题的文章。　　磁芯的考虑　　Toko公司的

3、FDV系列电感采用铁粉芯，它们提供更好的温度稳定性并且相对于其他可选磁芯成本更低。其他选择是钼坡莫合金粉末(MPP)、气隙铁氧体以及(例如)铁硅铝磁合金(KoolMｕｕ)或高磁通磁环。鉴于混合镍、铁和钼粉末的成本，MPP通常是最昂贵的选择。铁硅铝磁合金(KoolMｕ)是一种次昂贵的复合粉末磁芯。在多数电源中常见的罐形、E和EI形磁芯为气隙铁氧体。这些外形可以在必要时提供灵活性和可变性，但是成本更高。高磁通磁环通常用于滤波电感而不是电源变换电路。　　性能评估和效率比较　　　　图1电路中各种电感的效率

4、比较(图2)显示，在输出电流低于2A时1ｕH电感具有最好的效率，在低于3A时0.2ｕH的效率最低。在电感量相同时，尺寸较大(FDV0630)直流电阻较低的电感在整个输出电流范围内可提供0.5%至1%的效率提升。　　对于FDV0620系列的0.47ｕH和1ｕH电感，可以注意到在2A附近其效率曲线有一个交叉：2A以下1ｕH电感具有较高的效率，2A以上0.47ｕH的效率更高。1ｕH电感所具有的较大串联电阻导致了这种效率的差异。　　开关波形的比较　　另一种性能折衷(图3和图4)可以在电感电流、电感电压(引

5、脚14至引脚16)和输出电压纹波的典型波形中看到。图3使用电感量较小的FDV0620-0.47ｕH电感产生较高的峰值电流。输出电压纹波低于18mV峰峰值，而FDV630-1.0ｕH电感(图4)产生的纹波峰峰值刚超过12mV。峰值电流对输出电容充电并且提供负载电流。在电容的ESR上会流入和流出较大的电流，这将产生较高的输出电压纹波。如果必要，可以通过使用较大的输出电容来降低该纹波。　　　　　　负载暂态的比较　　不同的电感提供不同的负载暂态响应(IC和补偿网络同样对该响应有贡献)。MAX8646IC需

6、要外部补偿，但是其他开关稳压器IC包含内部补偿，它们通常指定允许的电感值范围。从另一方讲，外部补偿允许设计更加灵活。　　图5和图6给出了图1所示电路在从2A至5A再返回至2A的负载阶跃时FDV0620-0.47ｕH和FDV0620-1ｕH电感的负载暂态响应，在图6中，外部补偿经过调整以配合1ｕH电感值。参考图1，改变了以下三个元件来达到该目的：C10=1000pF，R4=5900，R6=316。请注意图5中的输出电压过冲要低于图6。对于具有相同电感量的DV0620和FDV0630系列，测量到的响应

7、相同。　　　　　　工作原理　　在描述了电感选择的测量结果之后，我们现在概括其工作原理。下面的等式忽略真实电感的寄生特性，但是它仍可为电感的工作原理提供良好的理解。　　高边MOSFET在电感充电期间(tON)导通，将电感连接至输入电源电压。在确定电感值以后，可以用tON=T替换dt，用(VIN-VOUT)替换V，然后计算I(即di)。表2给出了图1所示电路中(I与本文所讨论的电感之间的对应关系。图1中电路满足表2参数的条件是VIN=3.3V，VOUT=1.8V，(T=DxT，其中D为占空比(VOUT

8、/VIN)，T为开关周期(1/fS)。　　表2.给定电感值与电感电流变化　　　　di/dt(I/T)的中值等于IOUT，因此峰值电流等于IOUT加I/2。可以看到在负载电流相同时较小的电感将导致较大的峰值电流。　　直流电阻(DCR)　　IC和电感的功率损耗可以从效率曲线得到。对于图2中的FDV0620-0.47ｕH，输出电流取1A时效率为92.5%。输出功率为1A乘以1.8V即1.8W，因此输入功率为1.8/0.925=1.946W。总损耗为PIN-POUT=0.146W。主要的功