BUCK电路电感选择和计算.doc

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1、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

2、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-DCBuck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

3、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（ACripple）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

4、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：Vi

5、n=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=1/250kHz=4μs2.计算电路中开关的占空比Ｄ：Ｄmin=Vo/Vin（max）=5V/12V=0.43.计算开关导通时间Ton：Ton=ＴxＤmin=4μs×0.4=1.6μs4.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

6、=2A×0.3=0.6A5.计算电感两端的电压V：V=Vin（max）-Vout-Vdiode=12V-5V-1V=6V6.计算最小的感应系数，由V=LdI/dt得出：Lmin＝Vdt/dI=6V×1.6μs/0.6A=16μH7.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.

7、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