电源秘笈 破解BUCK电感计算迷局

在BUCK电路设计的过程当中，肯定有一部分设计者遇到过这样的情况，使用两种经验公式进行计算时很有可能会得出两种截然不同的结果，其实这并不是公式本身的问题，而是因为各人对公式理解的不同，所以得出的结果也不尽相同。

本篇文章就将针对BUCK电路设计当中的这种现象进行讨论。

BUCK电感工作在单向磁化状态，磁芯一般有三大类：工字型磁芯、带气隙的EI磁芯、低u磁环。这三种磁性材料有一个共的特点，就是不容易产生磁饱和。BUCK电感发生磁饱和是很危险的，磁饱和状态下，磁芯的磁导率迅速下降，电感量将成比例下降，瞬间流过很大的电流，可导致输出电压升高。好在DC-DC拥有灵敏的电压反馈环路及过流过热保护功能，能讯速调整占空比，或令开关复位，输出电压不会比设定值高出太多，也不会烧毁开关管。

电感的损耗分铜损和铁损。铜损是电流流过电感线圈产生的欧姆热，铁损主要有涡流损耗和磁滞损耗。对于涡损，我对书本上的说法持不同意见，书上认为涡损与频率成正比，它们无一例外都认为感应电动势由磁通量变化速率决定，显然是“天下文章一大抄”的结果。

在实际应用中，涡损只与每伏匝数和占空比有关：把涡损看作串在变压器一匝绕组上的电阻的欧姆热，感应电动势只与电源电压和原线圈匝数有关，而感应电流的产生与消失，与原线圈同步。

可见，频率在数百K量级，电感每匝伏数不到1伏/匝情况下，对于电阻率几千欧/cm2/cm量级的磁芯，涡损可以忽略不计。

磁滞损耗，是磁力线方向改变，或磁动势发生变化时，分子电流变化时消耗的能量，它是磁芯发热的主要愿因。电感器电流纹波系数大，磁滞损耗就大。

较大的电流纹波系数，还要求输出滤波电容能承受较大的纹波电流，并且有较小的ESR，输出纹波的大小，等于纹波电流值在ESR上的压降，以及在容抗上的压降之和。

电感量的取值，推荐以额定输出电流时，电感电流纹波系数为0.1~0.3，纹波系数越小，对滤波电容要求越低，同时磁滞损耗也越小。

实际应用中，受体积和成本限制，不能随便采用大体积的电感器，那么怎样在同型磁芯中的基础上，兼顾最大的电感量与足够的饱和电流呢?在电流纹波系数0.1~0.3的情况下，电感峰值电流仅为输出直流电流的1.1~1.3倍，饱和电流达到额定输出电流的1.5倍足亦，同一电感饱和电流要求由2降到1.5能达到什么目的?它能保证线圈加多1/3，从而增加7/9的电感量，将电流纹波系数降低44%。

可能有人担心，同一磁芯满槽率一定的情况下，匝数加多1/3，线径就要减25%，铜损将增加44%，然而铜损一般都很小，同时滤波电容的正切损耗和ESR电阻发热电流随纹波电流的下降呈几何量级下降，足以弥补增多的铜损。故对效率基本上无影响。

可以用示波器测量纹波系数：取一段细导线，阻值以不影响电路工作为宜。将它从中间对折，绕成无感电阻，串在滤波电容地与继流二极管地之间，即可对电感电流取样，用示波器观查它的波形，电流的峰值与谷值之差的一半，除以平均电流即为电流纹波系数。

如果观察到的纹波系数大于0.3，说明电感值不足，应适当加大。个别DC-DC的设计公式很奇怪，如MC34063，按它的公式推出来的电感取值，电流纹波系数为1，难怪很多人大叫它噪声太大。其实要达到比较好的性能，这个电感需要加大到Lmin值的7-10倍，即保证电流纹波系数减小到0.1-0.3。

这里需要说明的是，BUCK电路的衍生应用包含正激电源，所以上面提到的方法同样适用于正激电源的电路分析。本篇文章主要对使用BUCK电路中电感公式计算结果的分歧问题进行了将为详细的分析和独到的见解，希望大家在阅读过本篇文章之后能够有所收获。