BUCK电路功率电感的取值，如何确定？(2)

01/ 简介 /

功率电感器对BUCK转换器的性能有较大的影响，尤其是影响效率、纹波电压和负载动态响应这三个特性或参数。

图1 BUCK转换器拓扑

(1) 功率电感器对效率的影响

BUCK转换器中的输入输出电容、高边/低边开关管和功率电感器都有对应的功率损耗，其中功率电感器更加具体的损耗下图所示：

图2 电感器损耗的具体类型参考前文[如何选择电感的参数以提升转换效率？]，总结下来就是：为了抑制电感器损耗，电感器需具备低负载时低Rac、高电感，高负载时低Rdc的重要特性，图3所示。图3 电感器需具备高效率的特性

(2) 功率电感器对纹波电压的影响

图4 功率电感量与纹波电压成反比关系

图4所示，电感量越大，流过电感器的纹波电流就越小，因此输出的纹波电压也会随之减少。

(2) 功率电感器对负载动态响应的影响

图5 什么是负载响应

图5所示，当负载电流急剧变化时，因为有 V = L * (dI/dt)，输出电压也会有对应的增大或减小，且增大或减小的量与电感值 L 成正比关系。该电压变动和恢复设定电压所需的时间被称为负载响应特性，电压变动量较小、可短时间内恢复设定电压的特性通常被认为是良好的负载响应特性。

图6 功率电感量与负载动态响应特性成反比关系图6所示，在其他参数不变的情况下，功率电感量 L 越大，负载动态响应特性会越差。

02/ 如何选择功率电感值？/

由前可见，使用较高电感量可以提升转换效率、降低纹波电压，但同时会使得负载动态响应更差；那么在实际电路设计中，该如何合理地选择功率电感值呢？

(1) 选择合理的电流纹波系数 r ，确定电路中的纹波电流大小 r*Iout,max。可以参考[什么是电流纹波系数r？]、[纹波电流 ΔIL 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的？]、[电流纹波系数 r 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的？]等文章。

(2) 如果电路仅支持一个输入电压典型值Vin,typ，根据公式(3.40)计算结果选择 Lbuck,typ ± 10% 范围内感值或 Lbuck,typ 相近的标准感值。

如果电路支持从Vin,min到Vin,max，那么根据公式(3.41)计算结果选择 Lbuck,max ± 10% 范围内感值或 Lbuck,max 相近的标准感值，可以相对均衡地兼容体积、效率、纹波电压和负载动态响应。

参考[BUCK电路功率电感的取值，如何确定？(1)]TPS54561DPRT计算实例，当输入电压取最大值60V时，计算所需的功率电感值为 ( 60V - 5V) * (5V / 60V) / ( 0.3 * 5A * 400kHz ) = 7.63uH，7.63uH ± 10% 从6.87uH到8.39uH，在这个范围内可以选择7.2uH。

这就是TPS54561DPRT规格书参考设计中选择“Wurth Elektronik 7447798720，Inductor, Ferrite, 7.2uH, 6.0A, 0.011ohm, SMD，额定/温升电流6.0A（大于电路中实际峰值电流5.79A）”的原因。或者，也可以直接根据7.63uH这个结果选择相近的7.2uH这个感值。

03/ 小结 /

BUCK电路设计中功率电感的取值，我的方法是：如果电路仅支持一个输入电压典型值Vin,typ，根据公式(3.40)计算结果选择 Lbuck,typ ± 10% 范围内感值或 Lbuck,typ 相近的标准感值。

如果电路支持从Vin,min到Vin,max，那么根据公式(3.41)计算结果选择 Lbuck,max ± 10% 范围内感值或 Lbuck,max 相近的标准感值，可以相对均衡地兼容体积、效率、纹波电压和负载动态响应。