探索 DC-DC 降压电路电感的选取秘诀

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dc-dc降压电路电感的选取，等你来解锁！

返回列表 来源：发布日期： 2024-10-29

在现代电子设备中，DC-DC 降压转换器广泛应用于各种场合，从便携设备到工业系统，无处不在。作为硬件工程师，如何合理选择 DC-DC 降压电路中的电感，是确保设计高效可靠的重要环节。本文将围绕这一问题，深入探讨电感选型的要点与方法。

一、DC-DC 降压电路基本原理

DC-DC 降压转换器（Buck Converter）通过开关器件的快速切换，将输入电压转换为较低的输出电压。其核心原理在于利用电感和电容的储能特性，通过开关调节实现能量的高效传输。在这个过程中，电感的选择尤为关键，因为它直接影响电路的稳定性和效率。

DC-DC 降压电路基本原理设计图

二、理解电感的基本参数

在选择电感之前，我们需要充分了解其基本参数，包括电感值（L）、电流额定值（Imax）、直流电阻（DCR）、自谐振频率（SRF）和封装尺寸等。这些参数决定了电感在不同工作环境下的表现，因此必须根据具体应用场景进行权衡。

三、计算所需的最小电感量

1. 确定输入输出特性：明确最大输入电压（Vinmax）、最小输入电压（Vinmin）、最大输出电流（Ioutmax）以及工作频率（Fsw）。这些参数是计算的基础。

2. 计算最小电感量：对于 Buck 型 DC-DC 转换器，可使用公式 Lmin = [Vout*(1-Vout/Vinmax)] / (Fsw*Irate)，其中 Irate 为纹波电流与输出电流的比值。通常情况下，Irate 控制在 50% 左右。

例如，假设 Vinmax = 4.2V，Fsw = 1.2MHz，Vout = 1.2V，Irate = 500mA，则 Lmin = [1.2*(1-1.2/4.2)] / (1.2*0.5)uH = 2.85uH。考虑到一定的裕量，我们可以选择稍大的标准电感值，如 4.7uH。

dc-dc降压电路电感在电路中的作用原理图

四、考虑限制因素

1. 饱和电流：流过电感的峰值电流必须低于饱和电流。通常建议饱和电流至少高于最大负载电流的 20%-30%。这有助于避免在高负载情况下电感进入饱和状态，影响电路正常工作。

2. 自谐振频率：电感的自谐振频率应远高于开关频率。一般建议开关频率低于谐振频率的 10%，以避免在高频下电感特性发生变化。如果自谐振频率过低，可能会导致电感在工作频率下表现出容性，从而影响电路稳定性。

3. 直流电阻（DCR）：DCR 越低越好，因为较低的 DCR 可以减少热损耗，提高电路效率。特别是在重载情况下，低 DCR 可以显著降低功耗。

五、实际案例分析

以某 MCU 使用 Buck 型 DC-DC 为例，假设其输入电压为电池电压 4.2V，开关频率为 1.2MHz，输出电流为 500mA，输出电压为 1.2V。通过前面的计算，得出所需的电感值为 4.7uH。在实际选型时，我们还需要考虑电感的精度、封装形式等因素，最终选择一个符合要求的电感器。

dc-dc降压电路电感应用设计

六、小贴士

- 叠层电感 vs 绕线电感：叠层电感通常具有更低的 DCR，适合对效率要求较高的应用；而绕线电感则更灵活，适用于多种不同的应用场景。

- 屏蔽电感：在 EMI 敏感的应用中，可以选择屏蔽电感，以减少电磁干扰的影响。

DC-DC 降压电路中的电感选取是一个涉及多方面因素的复杂过程。通过深入理解电路原理、准确计算所需的最小电感量，并结合实际应用需求进行综合考虑，我们可以选出最合适的电感器，确保电路设计的高效与稳定。希望本文能为广大硬件工程师提供有益的参考。