BUCK威廉希尔官方网站 中电感的计算方法

描述

这篇文章,通过一个设计案例,来介绍BUCK威廉希尔官方网站 中电感的计算方法。 在设计之前需要提前知道四个重要参数:

BUCK威廉希尔官方网站 设计需求
输入电压范围
输出电压
输出电流
电流纹波率

01电流纹波率

电感的计算首先需要明白的概念是电流纹波率。 电流纹波率是在电源工作在CCM时所定义的一个概念,它是电感电流的交流分量与其相应的直流分量的比值。

电源

 

电源

如上图所示,在以往的设计经验中,随着电流纹波率r的增大,电感体积以及电感量,会随着相应的减少。 当r=0.4时,输出电流纹波率和电感电感量和体积会达到一个较合适的效果。 因此下文中的电感计算中电流纹波率都会取r=0.4。

02最小占空比

第二步,确定BUCK威廉希尔官方网站 中PWM波形的占空比,这个比较好理解。 BUCK威廉希尔官方网站 采用了脉宽调制技术。

PWM占空比等于输出电压/输入电压。 想要设计一款输入电压范围为12~24V,输出电压固定为5V的电源,这时可以确定最大占空比为5/12=41.6%,最小占空比为5/24=20.8%。

03负载最大电流

这一步需要预估出负载所需要的电流最大值,比如降压后的5V需要给单片机供电,100~200ma电流即可。 如果你通过12V降压到5V后为几个舵机供电,这时可能需要1-2A的电流。 这个就需要根据具体应用而定了,这里假设输出最大电流为2A(电流值为输出电流的平均值)。

04确定峰值电流

上一步确定了输出电流的平均值(2A),还需要确定输出的峰值电流。 上文将输出电流纹波率设置为r=0.4,则输出峰值电流

电源

在使用中应避免电感出现饱和,电感的的额定电流需要大于输出的峰值电流2.4A,并且需要留有余量。

05实例电感计算

选择TI的TPS5430芯片,作为BUCK威廉希尔官方网站 控制芯片,在数据手册中可知开关管的开关频率为500KHZ,最大输出电流3A满足我们的设计需求:

电源

同时从数据手册中找到如下公式:

电源

上下同时除以Vin(max),可得到如下公式:

电源

公式中:Kind为上文中所提到的电流纹波率

Fsw为电源芯片的开关频率

Vout(max)为电源的输出电压值

Iout为输出最大电流

D为最小占空比

将已知数据代入上式,可计算出Lmin>9.8uH,因此可选择电感量为15uH,额定电流大于2.4A的电感用于这个设计中。

06计算结果

为了方便应用于不同的设计,将以上公式和数据在Mathcad软件中进行计算,如下图所示。

电源

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