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如何為降壓轉換器選擇電感器
作為用于高耗電應用的DC-DC轉換器設計的一部分，組件選擇對于確保向負載穩定地高效輸送功率非常重要。
在眾多的DC-DC轉換器拓撲中，降壓轉換器在將輸入電壓降低到較低水平同時提供高效功率轉換方面有很多用途。這些功率轉換器的組件選擇常見問題是如何為降壓轉換器選擇電感。在降壓轉換器中使用電感器和其他組件的目的是為了限制熱量散失，同時很大程度地減小電流紋波。
降壓轉換器中的電感
降壓轉換器拓撲如下所示。在此圖中，MOSFET的輸出由PWM信號驅動，該PWM信號以用戶選擇的占空比打開和關閉MOSFET。當PWM信號切換時，電感器和電容器在向負載提供穩定電流方面起著至關重要的作用。最后，PWM信號的占空比是主要功能，允許用戶控制輸送到負載的輸出電壓。
電感器將不斷以與PWM信號相同的速率進行開關，因此它負責在發送到輸出的電流上疊加一些輕微的紋波。電感器和電容器形成一個L濾波器，它基本上是一個二階帶通濾波器。假設您使用的ESR低的足夠大的電容器，該電容器將提供低阻抗，并且構成波紋的高頻分量將被大大消除。
如何為您的Buck轉換器選擇電感器
電感器的合適值取決于設計可承受的所需紋波電流，以及計劃用于PWM信號的占空比。下式顯示了輸出電壓隨二極管正向壓降和MOSFET導通狀態壓降的關系。考慮這些電壓后，輸出電壓為：
輸出電壓是PWM占空比，二極管正向壓降和MOSFET導通狀態壓降的函數。
我將跳過一些數學運算，直接獲得重要結果。首先，電感和PWM頻率與紋波電壓成反比。其次，紋波也是PWM占空比的二次函數。降壓轉換器中的紋波電流為：
如何在電路圖中為降壓轉換器選擇電感器
注意，PWM信號的上升時間在兩個方程式中均不出現。但是，上升時間很重要，因為它在確定轉換器產生的噪聲和損耗方面起著重要的作用（更多信息請參見下文）。重要的結果可以總結如下：
增大占空比會減少紋波，但也會使輸出電壓更接近輸入電壓。
增加PWM頻率將減少紋波，但這將增加 MOSFET的散熱。同樣，需要注意的是：使用具有更快邊沿速率的PWM信號將減少較高PWM頻率產生的這些損耗（再次參見下文）。
使用較大的輸入電壓需要使用較大的電感器，以將紋波減小到可接受的水平。通常，請使用較大的電感器以減少紋波。
為什么PWM上升時間很重要
電感器負責產生并同時抑制輸出電流的紋波，盡管可以使用上述準則將其設置為設計目標。但是，電感器無法控制任何開關調節器的一些重要方面：
開關元件的輻射EMI：來自晶體管的開關噪聲會在下游電路中產生一些噪聲。
由集膚效應引起的熱損耗：這是電感器幾何形狀的函數，而不是電感值。如果電感器具有較大的橫截面積和較高的導熱率，則可以較高的速率從電感器散熱。
晶體管中的熱損耗：晶體管在開關和調節過程中會散發大部分熱量。但是，使用更快的邊沿速率將抑制這種熱量損失，因為MOSFET將在PWM振蕩之間更完全地關斷。
這些噪聲源取決于PWM信號的頻率和邊沿速率。如果在不改變占空比的情況下以較高的開關頻率運行降壓轉換器，則通常會因MOSFET中的熱量而損失更多的功率。使用更快的邊沿速率的權衡是在下游電路中產生更多高頻噪聲以及通過集膚效應損失更多熱量的風險。