BUCK DC／DC變換器最優化設計

2 BUCK DC／DC變換器主電路設計
2．1 輸出濾波電容選型

由式(4)～式(5)可知：Co可由給定的Ud、△Uo、L等來確定。由于電容器本身沒有完美的電氣性能，所以其內部的等效串聯電阻將消耗一些功率，并且等效串聯電阻上的壓降會產生輸出紋波電壓，欲要減小這些紋波電壓，只能靠減少等效串聯電阻的值和動態電流的值。選擇電容C的類型，經常由紋波電流的大小決定。截止頻率fc的高低，LC的大小，都將影響輸出紋波電壓。在實際設計中，選擇L和C時，要綜合考慮其重量、尺寸以及成本等因素。
2．2 濾波電感的選擇
電感的選擇與輸出端負載的變化范圍有關，如果電路處于CCM工作模式，則濾波電感的選擇需滿足以下關系：

令最小負載電流為零界連續電流，即：IOC=IOM，則：

對于負載電流變化很大，下限電流很低的場合，按式(7)選出的濾波電感很大，同時電感體積也增大，傳輸的功率下降，為此可在輸出端接假負載以增加最小電流，但這樣會使電路其他性能惡化，為避免這種情況的發生，IOC一般取(1／5～1／3)IOM。
2．3 磁性元件設計
2．3．1 磁性元件選型
選擇8#材料的鐵粉芯，其參數如表l所示。

根據以上參數得磁芯的電磁勢能W，磁芯面積AP，導線截面積AC及線圈匝數N如下：

2．3．2 電路主要指標

查8#材料鐵粉芯的規格尺寸和有關參數的表格，得到T106-8／90型符合要求，其參數如下：AL為45 nH／N2，外徑為26．9 mm，內徑為14．5 mm，厚度為11．1 mm，磁路長度為6．49 cm，截面積為0．659 cm2，體積為4．28 cm3。
2．3．3 初步設計結果
由T106-8／90各個參數可知，該材料的磁芯面積為：AP=10876.5>7087mm4；線圈匝數為：；導線截面積：Ac=ILm／J=3．2／400=0．8x10-3cm2，選擇AWG#17導線，其截面積為0．822 8x10-3cm2，電壓紋波需滿足2％的要求，由此可得輸出濾波電容為：

由此可得初步設計結果為：內徑ID為14．5 mm，外徑OD為26．9 mm，厚度Ht為11．1 mm，匝數為105，Co為4．2μF，截面積Ac為0．822 8 mm2，電感L為500μH。

3 BUCK DC／DC變換器最優化設計
3．1 設計優化目標
以電路中電感和電容總體積最小為優化項目，即：