Buck转换器的电感选择

关键的外卖

• 降压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导通模式下工作。

• 选择高于临界值(L> Lcritical)的降压变换器电感，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。a的基本操作直流-直流转换器是在保持功率不变的情况下，将不稳定电压转换为所需的电压水平。

DC-DC转换器可以设计成带隔离或不带隔离。非隔离DC-DC转换器分类包括降压转换器(降压转换器)、升压转换器(升压转换器)、降压转换器、Cuk转换器和全桥转换器。降压和升压转换器是最基本的DC-DC转换器拓扑结构。其余的转换器要么来自这两个基本拓扑，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由输入直流电源、固态开关、二极管、电感、电容器和负载组成。为a选择电感器巴克转换器在buck变换器导通模式的确定中起着至关重要的作用。在本文中，我们将讨论降压变换器的传导模式和电感的选择。

降压变换器操作

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

如图所示，降压变换器拓扑结构由输入直流电源(Vs)、半导体开关(S)、二极管(D)、电感(L)、电容(C)和负载电阻(R)组成。根据开关动作的不同，降压变换器有两种工作状态。在一个开关周期中，开关在dt给出的一定时间间隔内保持导通状态，在(1-D)Ts持续时间内保持关断状态，其中D为占空比，Ts为开关周期。通过在开关频率fs =1/Ts下交替接通和关断降压变换器开关，平均输出直流电压(V₀)小于输入DC。

降压变换器的输出电压可由公式给出:

V₀= DV_年代（1）

一个开关周期中的两种工作状态——开状态和关状态——如下所述。

1. 当开关器件接通时(on状态)-开关器件打开，二极管反向偏置。电感器从输入电压中充电。电容器提供输出电流(I₀)在开关器件导通状态期间。
2. 当开关设备关闭时(off状态)-开关器件关断，电感电流流过正偏二极管。电感器将一些储存的能量转移给负载。在电感完全放电之前，开关装置接通。

Buck变换器的传导模式

buck变换器的导通模式受电感电流(I)的影响_l）.基于电感电流的连续性，降压变换器的导通模式分为以下几种。

连续传导模式(CCM)

如果在开关的导通和关断状态中电感电流连续流动，而在开关周期的任何时刻没有达到零值，则降压变换器工作在连续传导方式。在电感完全放电之前，下一个开关周期开始。

临界传导模式(CRM)

如果在关断周期结束时电感电流归零，则形成连续和不连续导通模式的边界，称为临界导通模式。当电感电流降至零时，开关立即打开。

断续导通模式(DCM)

当开关器件关断时，电感电流降至零并保持为零，直到下一个开关周期开始。这种传导模式称为不连续传导模式。在断续导通模式下，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。

为降压转换器选择电感器

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

在CRM，电感电流的峰值iL，峰值是平均电感电流的两倍(如下面的波形所示)。数学上，你可以用下面的公式来表示平均电感电流(ILB):

在CRM时，电感电流的峰值为iL，峰值为电感平均电流的两倍。资料来源:Mohan, N.， Undeland, T.和Robbins, W.(2022)。电力电子:转换器，应用和设计(第3版)。威利。

在CRM操作下，电感器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,峰值式(2)中电感电压(V=L di/dt)和I_磅=我_{0 b}给出如下等式:

重新排列式(3)，可得电感临界值为:

给定的值集合V_年代, V₀， d, t_年代R表示I_{0 b}可以用V代替吗₀/ R，则可计算出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。

为高于临界值(L> L)的降压转换器选择电感器_{至关重要的})使变换器工作在CCM中，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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