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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。 8 W2 g# }) Q0 Y& ^9 }% G 8 X# g" W+ U  j  r4 z1 y. J图3. 不同占空比下纹波系数和电感尺寸之间的关系 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。 1 F; P) B* k; K5 e% o4. 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。 表1. 传统方法 30% 纹波系数计算结果 " x7 C7 J9 D8 s0 \6 {, R% | Input Voltage (V) : V* Q& M- a0 T3 H: \ Duty Cycle 3 Q0 G( B8 t0 V9 D/ R+ R! \1 h Ripple Factor Ripple Current (A) 3 ^- t/ B3 e' d3 a- P Ripple Current RMS (A) Inductance (μH) ( P& N' l* P6 M4 l" {/ o* c 4 0.30 0.3 ) x% l% X* N7 z# n 1.80 0.52 9 A# E7 [  }" F 1.56 0 l7 t) T, ]! ~) I2 I/ t% x3 x2 f 8 . i: y! E: a0 k/ e# A; p" L, w 0.15 0.3 4 r9 n9 C2 |# Q& C+ Z 1.80 0.52 4 l5 B& K& b2 }& D7 ^$ } 1.89 12 0.1 0.3 / f5 A! ~: v3 Y8 }' R5 D4 b  t9 N 1.80 0.52 8 h  N5 I" w$ I& c5 [% C$ S 2.00 7 }: M% G/ ~# m5 H- K0 z5 x表2. 优化后方法计算结果 + ]; U6 y' `; Y9 v0 K6 J Input Voltage (V) Duty Cycle Optimal Ripple Factor - Z- x! P: t- `" s" Y! r  P Ripple Current (A) Ripple Current RMS (A) Inductance (μH) 4 9 K% r' k: o7 a: B 0.30 1 i# w0 o; s* ?3 k 0.42 4 s$ u- Y! Y8 ^4 R- Q) W: F% r 2.52 0.73 1.11 ; I( x0 a0 @& t% ^9 q: s9 G! ~ 8 " V5 x2 B" o' l6 y% T+ Z$ [: [' A 0.15 0.45 ( ~' [) a$ z; w8 u 2.7 0.78 6 j& G  p; C$ j 1.26 9 q" ]9 E7 ]) c, v+ Y 12 0.1 , |+ c& I  v0 o" k 0.48 % U8 z; |1 p5 z1 T3 |( f, C 2.88 2 d1 ~8 t( b1 q' X- A 0.83 ! e4 L4 K) Q4 y5 g 1.25 ! ?( _( T# F* h3 g  L" l0 P; U/ ? 0 Z2 C, Q3 B4 d0 }" U. U. V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。 % ]( U; L; j% Q; s5. 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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