| 开关电源（SMPS）是一种非常高效的电源变换器，其理论值更是接近100%，种类繁多。按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等；按开关控制方式分，有PWM、PFM；按开关管类别分，有BJT、FET、IGBT等。本次讨论以数据卡电源管理常用的PWM控制Buck、Boost型为主。 那接下来就让我们一起学习下开关电源该如何配置合适的电感吧~ 开关电源的主要部件包括：输入源、开关管、储能电感、控制电路、二极管、负载和输出电容。目前绝大部分半导体厂商会将开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar工艺的电源管理IC中，极大简化了外部电路。 其中储能电感作为开关电源的一个关键器件，对电源性能的好坏有重要作用，同时也是产品设计工程师重点关注和调试的对象。随着以手机、PMP、数据卡为代表的消费类电子设备的尺寸正朝着轻、薄、小巧、时尚的趋势发展，但与之相反产品性能越强所需要的电感和电容容量更大、尺寸更大。因此，如何在保证产品性能的前提下，减小开关电源电感的尺寸（所占据的PCB面积和高度）是本文要讨论的一个重要命题，设计者将不得不在电路性能和电感参数间进行折中。 任何事物都具有两面性，开关电源也不例外。坏的PCB布局布线设计不但会降低开关电源的性能，更会强化EMC、EMI、地弹等。在对开关电源进行布局布线时应注意的问题和遵循的原则也是本文要讨论的另一重要命题。 一、开关电源占空比D、电感值L、效率η公式推导 Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑结构，本文将使用如图1-1、1-2所示的电路参考模型：  参考电路模型默认电感的DCR（Direct Constant Resistance）为零。 Buck/Boost型开关电源，伴随开关管的开和关，储能电感的电流波形如图1-3所示： 从图中可以看到，电感的电流波形等价于在直流IDC上叠加一个IP-P值为ΔI的交流。因而，IDC成为输出电流IO，主要消耗在负载上；交流ΔI则消耗在负载电容的ESR（Equation Serial Resistance）上，成为输出纹波Vripple。所以， 下面以Buck型开关电源为例推导占空比、电感值和效率公式。 在一个连续模式的周期内，开关管闭合，对电感进行充电，根据基尔霍夫定律有： dt近似为：D/f(D:一个振荡周期T内开关管ON/OFF的状态的比例关系，T=1/f，dt=D*T=D/f); D:占空比是高电平所占周期时间与整个周期时间的比值)， 展开： 其中：Vi为输入电压，VSW为开关管电压，Vo为输出电压，fSW为开关频率，D为占空比。在一个连续模式的周期内，开关管打开，电感放电，根据基尔霍夫定律有：  r也叫电流纹波比，是纹波电流与额定输出电流之比。对于一个给定Buck型开关电源，此值一般为常量。从（5）式可以得到：电感值越大，I就越小，因此r就越小。但这往往导致需要一个很大的电感才能办到，所以绝大部分的Buck型开关电源选择r值在0.25~0.5之间。将（6）代入（5）式，得到：  至此，我们推导出了Buck型开关电源的D、L、Lmin、η。需要提醒的是以上所有公式都建立在参考电路模型的基础上，忽略了电感的DCR。从（4）式可以看到，占空比只与V(i)、V(o)、V(sw)和V(D)相关，可以很容易搭建电路计算出D，这也是开关电源控制器的核心电路之一，但对开关电源的应用者来说，我们可以不关心。 从（8）式可以看出，开关电源的效率也只与Vi、Vo、Vsw和VD相关。事实上Vsw和VD是开关频率fsw的函数，所以η也是f(sw)的函数，但并不能保证fsw越高，η就越高。而对于一个给定的Buck型开关电源，其SWf是确定的，所以η也就是定值，尤其在忽略Vsw和VD后，η值为1。很明显这与实际情况不符，根本原因就在于“参考模型假定储能电感为理想电感”。 把（5）式代入（1）式，可以得到：  所以，可以通过选用大电感，低ESR大容量输出电容的方法减小输出纹波电压。同理，可以推导出了Boost型开关电源的D、L、Lmin，η如下所示：  |
共7条
1/1 1 跳转至页
[文章]开关电源该如何配置电感
关键词： 开关电源 如何 配置 电感
共7条
1/1 1 跳转至页
回复
| 有奖活动 | |
|---|---|
| 【EEPW电子工程师创研计划】技术变现通道已开启~ | |
| 发原创文章 【每月瓜分千元赏金 凭实力攒钱买好礼~】 | |
| 【EEPW在线】E起听工程师的声音！ | |
| “我踩过的那些坑”主题活动——第001期 | |
| 高校联络员开始招募啦！有惊喜！！ | |
| 【工程师专属福利】每天30秒，积分轻松拿！EEPW宠粉打卡计划启动！ | |
| 送您一块开发板，2025年“我要开发板活动”又开始了！ | |
| 打赏了！打赏了！打赏了！ | |
| 打赏帖 | |
|---|---|
| 多组DCTODC电源方案被打赏50分 | |
| 【我踩过的那些坑】STM32cubeMX软件的使用过程中的“坑”被打赏50分 | |
| 新手必看！C语言精华知识：表驱动法被打赏50分 | |
| 【我踩过的那些坑】杜绑线问题被打赏50分 | |
| 【我踩过的那些坑】STM32的硬件通讯调试过程的“坑”被打赏50分 | |
| 【我踩过的那些坑】晶振使用的问题被打赏100分 | |
| 【我踩过的那些坑】电感选型错误导致的处理器连接不上被打赏50分 | |
| 【我踩过的那些坑】工作那些年踩过的记忆深刻的坑被打赏10分 | |
| 【我踩过的那些坑】DRC使用位置错误导致的问题被打赏100分 | |
| 我踩过的那些坑之混合OTL功放与落地音箱被打赏50分 | |
STM32
MCU
通讯及无线技术
物联网技术
电子DIY
板卡试用
基础知识
软件与操作系统
我爱生活
小e食堂
