在DC/DC设计中电感和电容器的选定

DC-DC外围电感选型需要考虑以下几个参数：

电感量L

L越大，储能能力越强，纹波越小，所需的滤波电容也就越小。但是L越大，通常要求电感尺寸也会变大，DCR增加。导致DCDC效率低，相应的电感成本也会增加。

自谐振频率f0

由于电感中存在寄生电容，使得电感存在一个自谐振频率。超过此f0时，电感表现为容性效应，低于f0，电感才表现为感性(阻抗随频率增大而增大)

内阻DCR

电感的直流电阻DCR，该内阻造成I2*R的能量消耗，一方面造成DCDC效率低，同时也是导致电感发热的主要原因。

饱和电流Isat

电感量下降30%时对应的DC电流值。

有效电流Irms

电感表面温度上升到40度时的等效电流值

DCDC电感选型步骤：

1、根据DCDC输入输出特性计算所需最小电感量

对于BUCK型DCDC，计算公式如下

Lmin=[Vout*(1-Vout/Vinmax)]/Fsw*Irpp

其中，Vinmax最大输入电压，Vout输出电压，Fsw开关频率，Irpp电感文波电流峰峰值

通常将Irpp控制在50%的输出额定电流Irate。则上述公式变化如下：

Lmin=2*[Vout*(1-Vout/Vinmax)]/Fsw*Irate

对于BOOST型DCDC的Lmin电感计算如下：

Lmin=2*[Vinmax*(1-Vinmax/Vout)]/Fsw*Irate

2、根据电感的精度，计算出有一定余量的电感值，例如对于20%精度的电感，考虑到5%的设计裕量，则DCDC所需电感量为L=1.25*Lmin

3、确定我们所需的电感量比计算出的电感L稍大的标称电感

例如，Vinmax=4.2V，开关频率Fsw=1.2MHz，输出电流Irate=0.5A，输出电压Vout=1.2V

所需最小电感量为Lmin=2*[1.2*(1-1.2/4.2)]/(1.2*0.5)=2.85uH，L=2.86*1.25uH=3.57uH

距离3.57uH最近的一个标称电感为4.7uH，所以DCDC外部电感选用4.7uH电感

4、再给定的标称电感下，考虑以下限制因素最终决定电感的选型。

A、电感自谐振频率f0需10倍于开关频率Fsw以上;

B、饱和电流Isat和有效电流Irms中较低的一个需是DCDC额定电流输出Irate的1.3倍以上;

C、DCR越低越好;

D、叠层电感比绕线电感好(损耗小);

E、带屏蔽的电感比不带屏蔽的电感好(改善EMI)

在设计降压型DC/DC转换器时，电感的选择很重要。性能或特性视其选择而有极大的影响。电感的选择步骤或电感值等的计算方法基本上标示于利用电源IC的技术规格。

电感的选定步骤

首先，介绍电感选定的步骤。

1)计算必要的电感值L

2)计算流向电感的最大电流(输出电流+1/2纹波电流)

3)根据已计算的L值(或近似)选择已计算电感饱和电流的最大电流以上的电感 ※在短路或瞬态状态下计算出可能会流出的最大值以上的电流， 因此有以最大开关电流为基础来选择的方法

基本上根据计算并考虑余量后做决定。余量的求取法基于公司的设计规则或经验法则。

1)电感值的计算

首先，根据以下公式计算电感值。

2)电感最大电流的计算

接着，根据以下公式计算电感的最大电流。

从公式和电流波形可知，ILPEAK值为ΔIL的1/2加IOUT的值。 根据已计算的电感值和电感的最大电流选择近似的电感值且饱和电流在最大电流以上的电感。以下为选择例。

电感的选定例

条件：V

IN

= 12V 、V

OUT

= 3.3V、I

OUT

= 2A、r = 0.3、f

SW

= 380kHz

根据上述结果，饱和电流2.3A以上的10μH电感成为出发点。之所以称为出发点，是因为此计算非绝对性，在考虑短路或瞬态状态的情况等有可能必须变更。

使电感值变化的电感电流

在这里，为加深对电感工作的理解，进一步说明电感值变化时电感电流如何变化的情形。下图表示在相同工作条件下将电感值设为0.4μH、1μH、2.2μH时ILPEAK。

从公式也可得知，当电感值L变小时，ILPEAK会増加，可以获得许多直流叠加电流。不过，通过ILPEAK増加，有必要容许更多的直流叠加电流。而电感值变大时则相反，必须探讨相位补偿的相关事宜。