【導(dǎo)讀】一些設(shè)計工程師肯定會遇到這樣的情況，設(shè)計BUCK電路時，使用兩種經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計算時很有可能得出的結(jié)果卻截然不同。這并非公式問題，人們對于公式的理解的不同往往也導(dǎo)致結(jié)果不同。
BUCK電感工作在單向磁化狀態(tài)，磁芯一般有三大類：工字型磁芯、帶氣隙的EI磁芯、低u磁環(huán)。這三種磁性材料有一個共的特點(diǎn)，就是不容易產(chǎn)生磁飽和。BUCK電感發(fā)生磁飽和是很危險的，磁飽和狀態(tài)下，磁芯的磁導(dǎo)率迅速下降，電感量將成比例下降，瞬間流過很大的電流，可導(dǎo)致輸出電壓升高。好在DC-DC擁有靈敏的電壓反饋環(huán)路及過流過熱保護(hù)功能，能訊速調(diào)整占空比，或令開關(guān)復(fù)位，輸出電壓不會比設(shè)定值高出太多，也不會燒毀開關(guān)管。
電感的損耗分銅損和鐵損。銅損是電流流過電感線圈產(chǎn)生的歐姆熱，鐵損主要有渦流損耗和磁滯損耗。對于渦損，我對書本上的說法持不同意見，書上認(rèn)為渦損與頻率成正比，它們無一例外都認(rèn)為感應(yīng)電動勢由磁通量變化速率決定，顯然是“天下文章一大抄”的結(jié)果。
在實(shí)際應(yīng)用中，渦損只與每伏匝數(shù)和占空比有關(guān)：把渦損看作串在變壓器一匝繞組上的電阻的歐姆熱，感應(yīng)電動勢只與電源電壓和原線圈匝數(shù)有關(guān)，而感應(yīng)電流的產(chǎn)生與消失，與原線圈同步。
可見，頻率在數(shù)百K量級，電感每匝伏數(shù)不到1伏/匝情況下，對于電阻率幾千歐/cm2/cm量級的磁芯，渦損可以忽略不計。
磁滯損耗，是磁力線方向改變，或磁動勢發(fā)生變化時，分子電流變化時消耗的能量，它是磁芯發(fā)熱的主要愿因。電感器電流紋波系數(shù)大，磁滯損耗就大。
較大的電流紋波系數(shù)，還要求輸出濾波電容能承受較大的紋波電流，并且有較小的ESR，輸出紋波的大小，等于紋波電流值在ESR上的壓降，以及在容抗上的壓降之和。
電感量的取值，推薦以額定輸出電流時，電感電流紋波系數(shù)為0.1~0.3，紋波系數(shù)越小，對濾波電容要求越低，同時磁滯損耗也越小。
實(shí)際應(yīng)用中，受體積和成本限制，不能隨便采用大體積的電感器，那么怎樣在同型磁芯中的基礎(chǔ)上，兼顧最大的電感量與足夠的飽和電流呢?在電流紋波系數(shù)0.1~0.3的情況下，電感峰值電流僅為輸出直流電流的1.1~1.3倍，飽和電流達(dá)到額定輸出電流的1.5倍足亦，同一電感飽和電流要求由2降到1.5能達(dá)到什么目的?它能保證線圈加多1/3，從而增加7/9的電感量，將電流紋波系數(shù)降低44%。
可能有人擔(dān)心，同一磁芯滿槽率一定的情況下，匝數(shù)加多1/3，線徑就要減25%，銅損將增加44%，然而銅損一般都很小，同時濾波電容的正切損耗和ESR電阻發(fā)熱電流隨紋波電流的下降呈幾何量級下降，足以彌補(bǔ)增多的銅損。故對效率基本上無影響。
可以用示波器測量紋波系數(shù)：取一段細(xì)導(dǎo)線，阻值以不影響電路工作為宜。將它從中間對折，繞成無感電阻，串在濾波電容地與繼流二極管地之間，即可對電感電流取樣，用示波器觀查它的波形，電流的峰值與谷值之差的一半，除以平均電流即為電流紋波系數(shù)。
如果觀察到的紋波系數(shù)大于0.3，說明電感值不足，應(yīng)適當(dāng)加大。個別DC-DC的設(shè)計公式很奇怪，如MC34063，按它的公式推出來的電感取值，電流紋波系數(shù)為1，難怪很多人大叫它噪聲太大。其實(shí)要達(dá)到比較好的性能，這個電感需要加大到Lmin值的7-10倍，即保證電流紋波系數(shù)減小到0.1-0.3。
這里需要說明的是，BUCK電路的衍生應(yīng)用包含正激電源，所以上面提到的方法同樣適用于正激電源的電路分析。本篇文章主要對使用BUCK電路中電感公式計算結(jié)果的分歧問題進(jìn)行了將為詳細(xì)的分析和獨(dú)到的見解，希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠有所收獲。
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