Buck转换器的电流纹波系数

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1、ApplicationNote王信雄AN009–Jul2014Buck转换器的电流纹波系数CurrentRippleFactorofaBuckConverter摘要电感和电容在Buck转换器中构成低通滤波器，此LC滤波器的转折频率总是设计得较低以便滤除开关纹波。常用的设计规则是，电感电流纹波被设计成电感平均电流的30%左右。本文引入表达电感纹波电流和其平均电流的比值的纹波系数的概念并由它导出电感尺寸的表达式。通过利用面积积的概念和方法来设计电感，可以获得一个优化的纹波系数范围，这对进行转换器设计时选择合适的电感具有很大的帮助。目录1.介绍..

2、.......................................................................................................................................................22.纹波系数....................................................................................................................

3、..............................33.电感的面积积...........................................................................................................................................44.一个设计示例.......................................................................................

4、....................................................65.总结.........................................................................................................................................................7AN009©2014RichtekTechnologyCorporation1Buck转换器的电流纹波系数1.介绍Buck转换

5、器被广泛应用于大量的降压应用中，板上负载点转换器是这种应用的典型例子。从原理上看，它就是用一个功率开关和一个自动运行的续流二极管构成一个斩波电路将输入电压变成一个矩形波，再通过一个低通LC滤波器滤除高频开关纹波和噪声以后生成一个基本上是纯粹直流电压供给负载使用的电路。图1显示了典型的Buck电路和他的开关波形。Q1VswLVswVini+LVinD1CRVoVo-0t∆iLIoTonToffTs(a)(b)图1.(a)典型的Buck电路(b)开关波形当功率开关Q1导通时，续流二极管反向偏置，输入电流直接通过LC滤波器流向负载；当Q1关闭时，电

6、感电流iL强制D1正向偏置导通。开关电压波形如图1所示为矩形脉冲。经过LC滤波以后，假设LC滤波器的转折频率远低于开关工作频率，输出电压基本上是纯粹的直流状态。从滤波器理论很容易理解到，增加电感、减小电容可以导致同样的输出纹波效果，但是大电感会导致大体积和高成本的结果，反之，使用小电感则要求使用大电容，这并不是一个纯粹的设计取舍问题。为了探讨此问题，让我们从稳态下的电感电流开始思考。当功率开关导通(ON)时，加在电感上的电压是输入电压和输出电压之间的电压差：V(t)LVinVo;0tTon(Q1“ON”)(1)电感电流将从iL(0)开

7、始线性增加：VVinoi(t)i(0)LLt(2)L当功率开关截至(OFF)时，加在电感上的电压与输出电压相同，但极性相反：V(t)LoV;TontTs(Q1“OFF”)(3)AN009©2014RichtekTechnologyCorporation2Buck转换器的电流纹波系数在此期间，电感电流将以斜率从iL(Ton)开始线性减少：Voi(tT)i(T)LonLon(tT)on(4)L根据电感伏秒平衡的特性，很容易从式(1)和(3)得到电压传输比：VToonD(dutycycle)(5)VinTs这也就是占空

8、比。与图1(b)进行比较，LC滤波器工作起来就像一个平均函数，而占空比D就定义为开关管的导通时间和一个开关周期的比。2.纹波系数图2所示为电感电流波形。因为电感所受