附Buck电感设计.doc

《附》几种常见电流波形的峰值Ip，平均值Io(Idc即直流分量)，总有效值Irms，交流分量有效值Iac(rms)的计算方法及使用场合.
D……导通占空比(=Ton/T);(1-D)……关断占空比(=Toff/T)
（1）方波（矩形波）
Io=DIp…….计算线圈直流损耗用
Irms=√DIp…….选择线圈导线面积用
Iacrms…….计算线圈交流损耗用
Ip(峰值或幅值)…….选择功率器件(如开关三极管,开关二极管)的额定值用。
（2）梯形波（电流连续反激型开关电源变压器）
梯形波中值电流Ia=Ip1－ΔI/2=(Ip1+Ip2)/2，
Io=DIa;；。
（3）半个正弦波（PFC电感，LLC谐振变压器）
正弦波峰值电流Ip,有效值电流Irms=Ip/√2＝Iacrms(无直流分量)。
（4）连续三角波
Buck(降压)变换器用电感:电流为连续三角波,峰值电流Ip=Ia+ΔI/2,平均值电流(直流分量)Io(Idc)=Ia;总有效值电流;交流分量有效值Iac(rms)=ΔI/√12;ΔI式中:Uo--输出直流电压,Toff—开关三极管断开时间,D—占空比,L—Buck电感器之电感量,fs—开关频率,(………η—变换器效率,Uin—变换器输入直流电压).
ΔI—纹波电流,以常规取值为0.2Io时,来计算电感L值,L取值越大纹波电流就越小;
L=.若负载减轻,使输出I下降到ΔI/2时,电感电流将变为不连续.电感器线径应按总有效值电流来计算,电流密度以4到8A/mm2综合环境诸因数来恰当选择.
例如LEI—081工型电感，就是一只降压(Buck)电感:L=80µH,Φ0.7线，铜线面积S=0,3848fs=275KHz,Uin=12v,Uo=5v,若设效率η=0.95，则得D=5/0.95*12=0.44;
ΔI=5*（1－0.44）/80/0.275=0.13A,若以ΔI=0.2Io来反推，推Io应约为0.7A,Irms应为0.701A,此时电流密度J约为1.82,显然太浪费.若以ΔI=0.05Io来反推,Io应约为2.6A，此时电流密度J约为6.8A/mm2,较为合适.而Iac(rms)=0.13/√12=0.038A,与几安培直流分量相比,可以不考虑275KHz高频引起的交流电阻所产生的铜损,即仅考虑直流电阻产生的损耗即可.即在这种电流连续的电感器中,可以选择单股粗铜线更为合理.(.而海信提供的电路图上,在Buck电感上标明5µH/7A。若依此计算，並理解7A为峰值电流,可分别得到:ΔI=5*（1－0.44）/5/0.275=2.04(A);直流分量Io＝Ia=7-2.04/2=5.98(A);
总有效值电流Irms=(A);
交流分量有效值电流Iac(rms)=2.04/=0.59(A);
若此时仍是用0.7的导线,其电流密度J=6.01/0.3848=15.62(A/mm2),这显然是不合适的.如果把原工型电感改成1mm线,绕10T便达5µH，导线面积Scu=0.7854(mm2);电流密度
J=6.01/0.7854=7.65(A/mm2)，这是很合适的，同时节约了铜材。若绕15Ts,L取值10µH,可计算出ΔI=1.02A;Io=Ia=7-1.02/2=6.49(A);ΔI/Io=1.02/6.49=0.16;纹波电流大小甚为适当.
总有效值电流Irms=6.5(A);
交流分量有效值Iac(rms)=1.02/=0.29(A);电流密度J=6.5/0.7854=8.28（A/mm2）
显然這是可行的.且纹波有较大改善。
综上所述,如果海信提供的电路图无误,则是其实际生产选型时选择的Buck电感值太高,线径太细.估计多半是电路图上标示电感的数值出错,应标示电感80µH～55µH,I=2.5~3A，较为适当。以上仅是为讲解Buck电感设计时举一个例子，作为参考，并不涉及其它问题。