选择用于降压开关调节器的电感器（续）

是否挑选降压开关调节器的组件？学习如何在选择电感器时考虑电感值和电感器电流。

本系列的上一篇文章介绍了如何选择降压开关调节器的电感值。本周，我们将仔细研究开关模式转换器中的电感电流，并考虑增加或减少电路电感的潜在优势。

带电感值的降压转换器功率级模拟示意图。

•图1。带电感值的降压转换器功率级模拟示意图。

让我们刷新一下。我们上一次总结了这两个图像：在LTspice中实现的降压转换器的示意图（图1）；以及以恒定的70mA负载电流为参考的输出电压和电感器电流的模拟结果（图2）。

降压转换器模拟结果。输出电压以红色显示在顶部，电感电流和负载电流分别以绿色和橙色显示在底部。

•图2。降压转换器输出电压（顶部，红色）、电感电流（底部，绿色）和负载电流（底部，橙色）。

输出电压和PWM占空比

如果不这样的话，让我们考虑VOUT。我们的预期输出电压为3.3 V，模拟电路的VOUT为3.26 V。占空比计算中所需的效率项是一个小误差来源：该项通过开关控制波形的占空比直接影响电路行为，并且在所有情况下，90%的假设值不是准确的。

无论如何，我并不真的关心为什么模拟输出电压是3.26V而不是3.3V。正如我在关于开关模式调节的文章中所解释的那样，开关调节器不能通过预定的占空比来实现精确的调节。它们通过闭环控制实现精确的调节，其中反馈和可调节的占空比允许调节器锁定到所需的输出电压上。

还应记住，上一篇文章中使用的占空比公式实际上是最大占空比的公式：

这个公式告诉我们，我们永远不需要超过约15%的占空比从24伏产生3.3伏。然而，在某些工作条件下，我们需要小于约15%的占空比：例如，如果我保持输入电压相同，并将负载电流从70毫安减少到5毫安，我需要大约9%的占空比来产生3.3伏输出。

分析电感器电流

我们的设计目标是电感器纹波电流为30%，这意味着最大和最小电感器电流应为80.5 mA和59.5 mA：

从光标信息框（图3）中可以看到，我们已经接近了：

降压转换器模拟结果显示电感电流为绿色，负载电流为黄色。显示纹波电流值的光标框叠加在波形上。

•图3。

虽然我们使用了30%的纹波电流作为目标，但更普遍的指导方针是在20%和40%之间。在此基础上，我们很好地在可接受的范围内——我们有一个适当的电感值，并且如果它被认为是必要的，则是优化的良好起点。

我也希望对电流波形的形状进行评论。这是一种不平衡的三角波，典型的，如果你搜索开关调节器电感电流的图像，你会看到。如果我们叠加开关控制波形（图4），我们会立即看到导致这个特性的原因：

开关控制波形，红色，叠加在开关调节器电感器电流波形上，绿色。

•图4。叠加在开关调节器电感器电流波形上的开关控制波形。

如红色轨迹所示，我们的占空比远小于50%；因此，接通时间显著短于关断时间。然而，电感器电流在循环的两个部分中覆盖相同的垂直距离，所以高于或低于50%的占空比导致波形不均衡。

微调电感值

我们已经使用了一个基本公式来得出一个合理的电感值，但是我们要从这里走到哪里呢？如果我们对90μH提供的性能感到满意，我们可以称之为良好，然后进行下一个设计任务。尽管如此，通常仍有改进的空间。

更高电感值的益处

较高电感值的一个优点是减少了输出纹波：电感器电流纹波与电感成反比，并且如果电路中没有其他变化，则更多的电感器纹波会导致更多的输出纹波。

以下图表（图5和图6）显示了原始电路（L=90μH）和改良电路（L=30μH）的ΔIL和ΔVOUT；为了便于直观比较，两个轴的配置相同。

模拟结果显示电感电流和输出电压中L=90μH的纹波大小。

•图5。电感电流和输出电压中L=90μH的纹波大小。

模拟结果显示电感电流和输出电压中L=30μH的纹波大小。

•图6。电感电流和输出电压中L=30μH的纹波大小。

即使不特别关注VOUT纹波，高电感器电流纹波也可能是不利的。可能导致：

增加问题电磁干扰的产生。

由于流过电感器、开关和二极管的RMS电流更高，损耗更高，因此效率更低。

更倾向于进入不连续导通模式（DCM）。

。简言之，当轻负载条件导致电感器电流在开关循环的一部分期间达到零时，DCM发生。DCM不合乎要求的程度，或者它是否完全不合要求，取决于转换器设计的应用和其他方面。

低电感值的益处

考虑到这一切，为什么我们可以决定使用更低的电感值？

首先，我们期待的是低价值电感器或电容器的非电气效益：更小、更便宜的组件。此外，较低的电感（与较低的电容一样）改善了瞬态响应，这意味着转换器能够更快地适应输入电压和负载电流的变化。

下一篇选择电容器

关于开关调节器的电感器选择，我们可能有更多的说法，但我认为我们已经涵盖了最重要的原则：如何阅读和分析电感器电流值，以及电感值高于或低于我们初始公式中的电感值的益处。在下一篇文章中，我们将探讨电容器的选择。