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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。 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。   a! e4 B, Z0 b& y6 ~/ d4. 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 ) y. \. T% n( Y; s0 K Input Voltage (V) ; [  {6 k4 v3 ]" @+ D. r* l$ d Duty Cycle Ripple Factor Ripple Current (A) - V: E8 K" b+ l/ F0 S$ z Ripple Current RMS (A) . s0 ~  ^& x- y9 n; h8 U" C; G Inductance (μH) 8 H1 G9 o( t& J. j5 C6 ` 4 0.30 - o% V6 ^. T2 F. }  _3 q 0.3 $ X) T( |- O& X 1.80 0.52 7 K# _2 t: n4 n* w( V9 b/ c 1.56 8 : d* }& {5 z1 j4 r& c1 U 0.15 0.3 : R1 L) [" {; v1 E. C 1.80 3 v% T  G* G+ ]& c8 s8 ~/ z3 [ 0.52 1.89 12 0.1 5 X  R1 k6 p! \- ?- A1 }, p 0.3 2 v  z  A9 O7 m5 ?, Q; n9 [ 1.80 0.52 : H; ]% o7 k: ?8 F3 d9 k8 ^- @( f( o* V 2.00 表2. 优化后方法计算结果 - }6 G& M0 H/ i6 e, @ Input Voltage (V) Duty Cycle & |6 V( ]% s) |/ n Optimal Ripple Factor Ripple Current (A) Ripple Current RMS (A) Inductance (μH) ( ^# b. a5 b1 M* n, I 4 0.30 3 S9 C  j) Y) D! U 0.42 2.52 8 K+ J: `2 {0 V9 `' N 0.73 ( v0 ^6 ^1 L' K 1.11 - X$ {  D# k+ X 8 0.15 0 v9 _: ?! o7 F& m/ F; U 0.45 2.7 0.78 1.26 3 L& d0 j+ S% I) O; y! D: R 12 . q' D+ k" R9 Z% q 0.1 " b3 K. c- r3 ^; u1 p) M4 r 0.48 2.88 0.83 , [9 @+ F% D: N- ^. s7 U 1.25 $ d* x( L: X5 y" f6 E& |9 L1 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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