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开关频率大小的限制因素是什么?
BUCK电路中有哪些电压参数?
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BUCK电路元件的耐压值该如何正确选择?
BUCK电路元件的过流值该如何正确选择?
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BUCK电路元件的过流值该如何正确选择?

1. 简介

上图所示,同步BUCK开关电源电路的功率级(Power Stage)由输入电容、输出电容、高边开关管、低边开关管,以及功率电感五个元件组成。每个元件都占据了BUCK电路非常重要的支路,每个支路上都有对应的瞬时电流、平均电流和RMS均方根电流。

后续文章将继续分析各支路上的瞬时电流、平均电流和RMS均方根电流的具体表达式;此文,将直接给出高边开关管SW1、低边开关管SW2和功率电感L上的平均电流和RMS均方根电流的表达式,借此给出这三个元件过流值的选择依据。

2. 高边、低边开关管和功率电感上的平均电流和RMS均方根电流

2.1 高边开关管SW1在整个TSW开关周期内的平均电流,如下所示:

2.2 低边开关管SW2或低边续流二极管在整个TSW开关周期内的平均电流,如下所示:

2.3 功率电感L在整个TSW开关周期内的平均电流,如下所示:

------------------------------------------------

3. 过流值选择

前文可知,在已知负载电流 Iout 和占空比 D 的情况下,高边开关管的平均电流为 D*Iout ,低边开关管或续流二极管的平均电流为 (1-D)*Iout ,功率电感的平均电流为 Iout 。

因此,在进行这三个元件的过流值选择时,高边开关管的连续漏极电流( Continuous Drain Current ) ID 需要大于等于 D*Iout 。

低边开关管的连续漏极电流或续流二极管的平均正向电流( Average forward current )需要大于等于 (1-D)*Iout 。

功率电感的温升电流或额定电流需要大于等于 Iout ;另外,功率电感的饱和电流需要大于 Iout + (1/2)*ΔIL ,这里的 ΔIL 是功率电感上的纹波电流大小。

这里需要说明的是:

① 关于温升电流、额定电流和饱和电流的区别,请参考 [ 什么是温升电流、RMS电流、饱和电流、额定电流? ]...

② Iout + (1/2)*ΔIL 是功率电感上的峰值电流大小,功率电感的饱和电流需要大于峰值电流,是为了避免电感磁饱和的不良现象发生。

4. 小结

此文,简要分析BUCK电路中高边开关管、低边开关管或续流二极管、功率电感这三个关键元件的电流参数选型的依据。后续会分析每个元件上的各种电流参数。

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