選擇用于降壓開關調節器的電感器（續）

是否挑選降壓開關調節器的組件？學習如何在選擇電感器時考慮電感值和電感器電流。

本系列的上一篇文章介紹了如何選擇降壓開關調節器的電感值。本周，我們將仔細研究開關模式轉換器中的電感電流，并考慮增加或減少電路電感的潛在優勢。

帶電感值的降壓轉換器功率級模擬示意圖。

?圖1。帶電感值的降壓轉換器功率級模擬示意圖。

讓我們刷新一下。我們上一次總結了這兩個圖像：在LTspice中實現的降壓轉換器的示意圖（圖1）；以及以恒定的70mA負載電流為參考的輸出電壓和電感器電流的模擬結果（圖2）。

降壓轉換器模擬結果。輸出電壓以紅色顯示在頂部，電感電流和負載電流分別以綠色和橙色顯示在底部。

?圖2。降壓轉換器輸出電壓（頂部，紅色）、電感電流（底部，綠色）和負載電流（底部，橙色）。

輸出電壓和PWM占空比

如果不這樣的話，讓我們考慮VOUT。我們的預期輸出電壓為3.3 V，模擬電路的VOUT為3.26 V。占空比計算中所需的效率項是一個小誤差來源：該項通過開關控制波形的占空比直接影響電路行為，并且在所有情況下，90%的假設值不是準確的。

無論如何，我并不真的關心為什么模擬輸出電壓是3.26V而不是3.3V。正如我在關于開關模式調節的文章中所解釋的那樣，開關調節器不能通過預定的占空比來實現精確的調節。它們通過閉環控制實現精確的調節，其中反饋和可調節的占空比允許調節器鎖定到所需的輸出電壓上。

還應記住，上一篇文章中使用的占空比公式實際上是最大占空比的公式：

這個公式告訴我們，我們永遠不需要超過約15%的占空比從24伏產生3.3伏。然而，在某些工作條件下，我們需要小于約15%的占空比：例如，如果我保持輸入電壓相同，并將負載電流從70毫安減少到5毫安，我需要大約9%的占空比來產生3.3伏輸出。

分析電感器電流

我們的設計目標是電感器紋波電流為30%，這意味著最大和最小電感器電流應為80.5 mA和59.5 mA：

從光標信息框（圖3）中可以看到，我們已經接近了：

降壓轉換器模擬結果顯示電感電流為綠色，負載電流為黃色。顯示紋波電流值的光標框疊加在波形上。

?圖3。

雖然我們使用了30%的紋波電流作為目標，但更普遍的指導方針是在20%和40%之間。在此基礎上，我們很好地在可接受的范圍內——我們有一個適當的電感值，并且如果它被認為是必要的，則是優化的良好起點。

我也希望對電流波形的形狀進行評論。這是一種不平衡的三角波，典型的，如果你搜索開關調節器電感電流的圖像，你會看到。如果我們疊加開關控制波形（圖4），我們會立即看到導致這個特性的原因：

開關控制波形，紅色，疊加在開關調節器電感器電流波形上，綠色。

?圖4。疊加在開關調節器電感器電流波形上的開關控制波形。

如紅色軌跡所示，我們的占空比遠小于50%；因此，接通時間顯著短于關斷時間。然而，電感器電流在循環的兩個部分中覆蓋相同的垂直距離，所以高于或低于50%的占空比導致波形不均衡。

微調電感值

我們已經使用了一個基本公式來得出一個合理的電感值，但是我們要從這里走到哪里呢？如果我們對90μH提供的性能感到滿意，我們可以稱之為良好，然后進行下一個設計任務。盡管如此，通常仍有改進的空間。

更高電感值的益處

較高電感值的一個優點是減少了輸出紋波：電感器電流紋波與電感成反比，并且如果電路中沒有其他變化，則更多的電感器紋波會導致更多的輸出紋波。

以下圖表（圖5和圖6）顯示了原始電路（L=90μH）和改良電路（L=30μH）的ΔIL和ΔVOUT；為了便于直觀比較，兩個軸的配置相同。

模擬結果顯示電感電流和輸出電壓中L=90μH的紋波大小。

?圖5。電感電流和輸出電壓中L=90μH的紋波大小。

模擬結果顯示電感電流和輸出電壓中L=30μH的紋波大小。

?圖6。電感電流和輸出電壓中L=30μH的紋波大小。

即使不特別關注VOUT紋波，高電感器電流紋波也可能是不利的。可能導致：

增加問題電磁干擾的產生。

由于流過電感器、開關和二極管的RMS電流更高，損耗更高，因此效率更低。

更傾向于進入不連續導通模式（DCM）。

。簡言之，當輕負載條件導致電感器電流在開關循環的一部分期間達到零時，DCM發生。DCM不合乎要求的程度，或者它是否完全不合要求，取決于轉換器設計的應用和其他方面。

低電感值的益處

考慮到這一切，為什么我們可以決定使用更低的電感值？

首先，我們期待的是低價值電感器或電容器的非電氣效益：更小、更便宜的組件。此外，較低的電感（與較低的電容一樣）改善了瞬態響應，這意味著轉換器能夠更快地適應輸入電壓和負載電流的變化。

下一篇選擇電容器

關于開關調節器的電感器選擇，我們可能有更多的說法，但我認為我們已經涵蓋了最重要的原則：如何閱讀和分析電感器電流值，以及電感值高于或低于我們初始公式中的電感值的益處。在下一篇文章中，我們將探討電容器的選擇。