電感器是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和同步降壓轉(zhuǎn)換器的重要組成部分，如圖 1 所示。在所有開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，輸出電感器存儲(chǔ)來(lái)自電源輸入源的能量并將能量釋放到負(fù)載（輸出） .

圖 1：同步降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器

我們應(yīng)該選擇電感器來(lái)管理輸出電容器尺寸、負(fù)載瞬變和輸出紋波電流。低電感值和高電感值都有好處。

低電感的好處包括：

· 降低直流電阻 (DCR)，這是電感線固有的，會(huì)影響紋波和功率損耗。

· 更高的飽和電流，以獲得更高的輸出電流能力。

· 更高的壓擺率 (di/dt)，可改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)并降低給定負(fù)載瞬態(tài)的輸出電容。

高電感的好處包括：

· 降低紋波電流，進(jìn)而降低：

· 交流損耗（電感趨膚效應(yīng)）。

· MOSFET 均方根 (RMS) 電流。

· 輸出電容 RMS 電流。

· 等效輸出紋波的輸出電容。

· 在更寬的負(fù)載范圍內(nèi)連續(xù)電感電流。

公式 1 計(jì)算輸出電感值：

其中，L是電感的輸出，V OUT是目標(biāo)輸出電壓，V IN（最大）是最大輸入電壓，F小號(hào)是降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率和予RIPPLE是目標(biāo)輸出紋波電流。

我建議將紋波電流調(diào)整為滿載的 10% 到 30%。將數(shù)值代入公式1，公式2為輸出電感計(jì)算結(jié)果：

用于電壓轉(zhuǎn)換的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器使用電感來(lái)臨時(shí)存儲(chǔ)能量。這些電感的尺寸通常非常大，必須在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的印刷電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項(xiàng)任務(wù)并不難，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電感的電流可能會(huì)變化，但并非瞬間變化。變化只可能是連續(xù)的，通常相對(duì)緩慢。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在兩個(gè)不同路徑之間來(lái)回切換電流。這種切換非常快，具體切換速度取決于切換邊緣的持續(xù)時(shí)間。開(kāi)關(guān)電流流經(jīng)的走線稱為熱回路或交流電流路徑，其在一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)下傳導(dǎo)電流，在另一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)下不傳導(dǎo)電流。在PCB布局中，應(yīng)使熱回路面積小且路徑短，以便最大限度地減小這些走線中的寄生電感。寄生走線電感會(huì)產(chǎn)生無(wú)用的電壓失調(diào)并導(dǎo)致電磁干擾(EMI)。

在本例中，我選擇了 Pulse Electronics 的 PG0077.801 電感器。其相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表 1：PG0077.801 電感器參數(shù)（圖片由 Pulse Electronics 提供）

檢查電感與負(fù)載（偏置）電流的關(guān)系很重要，因?yàn)殡姼须S著電流的增加而減小。然后我們可以確定目標(biāo)負(fù)載電流下的實(shí)際電感量。

如果假設(shè)連續(xù)輸出電流為 15A，則實(shí)際電感為 0.83mH，如圖 2 所示。

圖 2：電感與電流（圖片由 Pulse Electronics 提供）

一旦知道實(shí)際電感值，就可以重新計(jì)算紋波和 RMS 電流。公式 3 重新計(jì)算紋波電流：

公式 4 重新計(jì)算 RMS 電流：

我們還可以計(jì)算電感損耗。總電感損耗是繞組損耗和磁芯損耗，由公式 5 和 6 表示：

其中 K1 = 13.77 x 10 -9，K2 = 39.4，F(xiàn) SW = 500kHz，DI = 3.32A（計(jì)算出的紋波電流）和 P CORE = 0.983W。

在此示例中，總電感器功率損耗為 0.294W + 0.983W = 1.277W。

電感使用位置，不得在電感下方（PCB表面或下方都不行）、在內(nèi)層里或PCB背面布設(shè)敏感的控制走線。受電流流動(dòng)的影響，線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，結(jié)果會(huì)影響信號(hào)路徑中的微弱信號(hào)。在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，一個(gè)關(guān)鍵信號(hào)路徑是反饋路徑，其將輸出電壓連接到開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC或電阻分壓器。

還應(yīng)注意，實(shí)際線圈既有電容效應(yīng)，也有電感效應(yīng)。第一個(gè)線圈繞組直接連接到降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。結(jié)果，線圈里的電壓變化與開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電壓一樣強(qiáng)烈而迅速。由于電路中的開(kāi)關(guān)時(shí)間非常短且輸入電壓很高，PCB上的其他路徑上會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的耦合效應(yīng)。因此，敏感的走線應(yīng)該遠(yuǎn)離線圈。

一些電路設(shè)計(jì)者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如，它們會(huì)在電感下方提供切口，即使在接地平面層中也是如此。其目標(biāo)是防止線圈下方接地平面因線圈磁場(chǎng)形成渦流。這種方法沒(méi)有錯(cuò)，但也有爭(zhēng)論認(rèn)為，接地平面要保持一致，不應(yīng)中斷：

用于屏蔽的接地平面在不中斷時(shí)效果最佳。

PCB的銅越多，散熱越好。

即使產(chǎn)生渦流，這些電流也只能局部流動(dòng)，只會(huì)造成很小的損耗，并且?guī)缀醪粫?huì)影響接地平面的功能。

因此，同意接地平面層，甚至是線圈下方，也應(yīng)保持完整的觀點(diǎn)。

有多種電感類型可供選擇，但大多數(shù)降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通常使用鐵氧體鼓和鐵粉環(huán)形電感。因此，在設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，請(qǐng)牢記這些電感器選擇標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)高性能、穩(wěn)定和可靠的設(shè)計(jì)。