为Buck变换器选择电感器

关键的外卖

• buck变换器的导通模式有连续导通模式、临界导通模式和断续导通模式。

• 在降压变换器中，电感的选择决定了变换器在何种传导模式下工作。

• 为降压变换器选择高于临界值(l> Lcritical)的电感，使变换器在CCM中工作。

在降压变换器中，平均输出电压低于输入直流电压

在电子、工业、医疗、汽车和电信系统中，使用不同类型的DC-DC转换器。的基本操作直流-直流转换器是在保持功率恒定的情况下，将未调节的电压转换为所需的电压水平。

DC-DC转换器可设计为带隔离或不带隔离。非隔离DC-DC变换器分类包括降压变换器(降压变换器)、升压变换器(升压变换器)、降压-升压变换器、Cuk变换器和全桥变换器。Buck和boost变换器是最基本的DC-DC变换器拓扑结构。其余转换器要么派生自这两种基本拓扑，要么是它们的组合。

在降压变换器中，平均输出电压低于输入直流电压。降压变换器的基本电路配置包括输入直流电源、固态开关、二极管、电感、电容和负载。为a选择电感器巴克转换器在确定降压变换器的传导方式方面起着至关重要的作用。在这篇文章中，我们将讨论buck变换器的传导方式和电感器的选择。

Buck变换器操作

Buck变换器原理图。资料来源:Rashid, M.(2001)。电力电子手册。学术出版社。

如上电路所示，降压变换器拓扑由输入直流电源(Vs)、半导体开关(S)、二极管(D)、电感器(L)、电容(C)和负载电阻(R)组成。降压变换器根据开关动作有两种工作状态。在一个开关周期中，开关在DTs给出的一定时间间隔内保持打开状态，在(1-D)Ts持续时间内保持关闭状态，其中D是占空比，Ts是开关周期。通过在开关频率fs =1/Ts时交替开关降压转换器开关，平均输出直流电压(V₀)小于输入直流。

buck变换器的输出电压可由以下公式表示:

V₀= DV_年代(1）

一个开关周期中的两种工作状态- ON状态和OFF状态-如下所述。

1. 开关设备开启时(on状态)-开关设备打开，二极管反向偏压。电感从输入电压充电。电容器提供输出电流(I₀)在开关设备开状态时。
2. 开关设备关闭时(off状态)-开关装置关闭，电感电流流过正偏二极管。电感器将一些储存的能量传递给负载。在感应器完全放电之前，开关装置被打开。

Buck变换器的传导模式

buck变换器的导通模式受电感电流(I_l)．根据电感电流流的连续性，降压变换器的导通方式分为以下几种。

连续传导模式(CCM)

如果电感电流在开关的开和关状态下连续流动，在开关周期的任何时刻都没有达到零值，则降压变换器工作在连续传导方式．在感应器完全放电之前，下一个开关周期开始。

关键传导模式(CRM)

如果电感电流在关断周期结束时变为零，则形成连续和间断导通模式之间的边界，称为临界导通模式。当电感电流降至零时，开关立即接通。

不连续传导模式(DCM)

当开关设备关闭时，电感电流下降到零，并保持在零，直到下一个开关周期的开始。这种传导模式称为不连续传导模式。在间断导通模式下，电感电压(V_l)在开关周期的一部分保持为零，负载由电容器提供。

为Buck转换器选择电感器

为降压变换器选择的电感类型决定了变换器在何种传导模式下工作。让我们看看如何为CCM和DCM之间的边界条件选择电感值，即CRM。

在CRM，峰值电感电流iL，峰值是平均电感电流的两倍(如下波形所示)。从数学上讲，可以用以下公式表示平均电感电流(ILB):

在CRM，峰值电感电流iL，峰值是平均电感电流的两倍。资料来源:莫汉，N.，安德兰，T.， &罗宾斯，W.(2022)。电力电子:转换器，应用和设计(第3版)。威利。

在CRM操作下，电感在开关周期结束时完全放电。在边界条件下，平均电感电流(I_磅)与平均输出电流(I_{0 b})．代表我_L,峰值在式(2)中，以电感电压(V=L di/dt)和I表示_磅=我_{0 b}给出如下公式:

重新整理式(3)，得到电感临界值为:

给定的值集合V_年代, V₀d, t_年代， R, I_{0 b}可以用V₀式(4)中的/ R，可计算出buck变换器在CCM和DCM之间的边界条件下工作的电感的临界值。

为临界值(L> L . 0)以上的降压转换器选择电感_{至关重要的})使变换器在CCM中工作，且L< L_{至关重要的}对应DCM操作。Cadence的PCB设计和布局工具可以帮助您构建DC-DC转换器。

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