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Buck 转换器设计与电流纹波系数 2

图3 显示了磁芯在不同占空比下的归一化尺寸和纹波系数之间的关系。 1 ~+ q, l: Y/ L3 e 图3. 不同占空比下纹波系数和电感尺寸之间的关系 , b$ }8 |. m6 }当纹波系数很低时，磁芯尺寸显著地增加；当纹波系数较高时，磁芯尺寸几乎没有什么变化。这意味着在曲线拐弯的区域存在一个最优化的地带。从原则上讲，高纹波系数意味着滤波电容也要大，反之亦然。举例言之，当D= 0.3 时，纹波系数可以设定在 0.2~0.4 之间，这样可以得到比较合适的磁芯尺寸和电容尺寸。 ( I4 x% {4 V1 S' j8 X4. 一个设计示例一个开关工作频率为 300kHz 的 Buck 转换器要在下列条件下工作： Vin = 4 ~ 12V, Vout = 1.8V, Io = 6A, ΔVo = 10mV （输出电容上的纹波电压）。设计中假设功率开关和续流二极管都是理想的，表1 显示了用传统方法按照 30% 纹波系数计算出的电感量，而按照本文提案的面积积方法得出的经过优化的计算结果在表2 中列出。 % c" z* R& U  t& m3 e& X1 K表1. 传统方法 30% 纹波系数计算结果 ! d2 O  c9 l( B% z Input Voltage (V) ; ]4 t, B" E' u- ?  d Duty Cycle Ripple Factor 6 B( o; O0 O2 S4 h9 j. K! G8 i Ripple Current (A) $ [1 I  J  Q" w6 d% z- ^ Ripple Current RMS (A) # ]2 s  x! Y  J Inductance (μH) " b: H) x! J! }& ?7 g3 S- D  O 4 0.30 0.3 1.80 : v+ A$ [5 K( M3 V/ t. m 0.52 1.56 & ~; p, d* A3 R- @. g 8   q- J& z' a; B) d; O, ~7 s% | 0.15 % l) C$ u- {' x# T9 ]0 Z0 j 0.3 + Y) t! C: A: E: G2 z, A; u$ X) Y 1.80 ! U( ^8 i) \+ j, \& Y. ? 0.52 6 t+ C7 B" x+ }( R 1.89 6 T- y* x* F5 D3 F 12 0.1 0.3 1.80 + u* I; N* J. M+ L% \, U& k 0.52 2.00 表2. 优化后方法计算结果 Input Voltage (V) Duty Cycle Optimal Ripple Factor Ripple Current (A) & M. X+ K3 @5 o  J. I4 E Ripple Current RMS (A) ) Q* y+ G/ H! d. j Inductance (μH) " \' z) R) H9 @( y0 D% P) _- w 4 0.30 0.42 ( ?! V% O* ]) `7 g% g 2.52 0.73 6 A" k7 T" s1 _ 1.11 2 \6 x* Q5 b* s# v! [+ O 8 0.15 . {9 U9 I* ]) p) e 0.45 2.7 0.78 1.26 9 k/ i+ S2 @, |# s# o7 ?( A/ U 12 0.1 . _8 g% x$ p" u8 G1 t 0.48 4 U% A* E$ k0 z, Y6 B 2.88 0.83 # ]9 R" r2 c* L 1.25 & ]7 D% W8 V6 n$ Q- B# {8 l 在表1中，传统的计算方法设定了相同的纹波电流值，因而输入电压较高时电感值就较大；而在表2中应用的是面积积的计算方法，不同输入电压下的电感量基本上是相同的，但输入电压较高时纹波电流也较大。在实际的高频设计实践中，常常采用 POCAP 或 MLCC 作为输出电容，它们都具有极低的串联等效电阻，因此要得到纹波电压指标是很容易的。 5. 总结本文提出了一种 Buck 转换器设计中电感尺寸和纹波电流之间关系的理论分析方法，利用面积积方法可在不同输入电压下得到优化的纹波系数范围，可作为 Buck 转换器设计中优化电感设计的指南予以利用。

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