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1 背景简述

KIND是一个比率,表示电感纹波电流相对于最大输出电流的占比。电感纹波电流会被输出电容过滤掉,因此会影响输出电容的选择,输出电容的纹波电流等级必须等于或大于电感纹波电流。

一般来说,电感纹波值由设计者自行决定。然而,可以使用以下准则:对于使用低ESR输出电容(如陶瓷)的设计,可能需要高达KIND=0.3的值。

当使用较高ESR的输出电容时,KIND = 0.2会产生更好的效果。由于电感纹波电流是电流模式PWM控制系统的一部分,为了稳定的PWM操作,TPS54561DPRT芯片要求电感纹波电流应始终大于150 mA。

在一个宽输入电压调节器中,最好选择相对较大的电感纹波电流,这样可以在输入电压为最小值时提供足够的纹波电流。

2 选择电流纹波系数

参考如下文章:

什么是电流纹波系数r?

纹波电流 ΔIL 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的?

电流纹波系数 r 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的?

电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值的原因?

电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值是否有最优值呢?

电流纹波系数 r 该选择0.2、0.3还是0.4,为什么呢?

3 计算功率电感值

在此设计实例中,最大输入电压为60V,输出电压为5V,最大负载电流为5A,选择KIND = 0.3,通过公式31计算得到电感值为7.6uH,最接近的标准值是7.2uH。

通过公式33和公式34计算有效值电流和峰值电流分别为5A和5.8A,重要的是,所选功率电感的有效值电流和峰值电流必须超过5A和5.8A,否则可能发生磁饱和这种开关电源设计中需要避免出现的不良现象。

WE 7447798720有效值电流额定值为6 A,饱和电流额定值为7.9 A,满足此例应用。

正如公式32所示,如果通过设计更小的纹波电流来减少输出端纹波电压,那么就需要更大的电感值。反之,选择了更低的电感值,输出端纹波电压也相对更大。

注:电感值仅是影响输出端纹波电压大小的因素之一。

图 0.1 TPS54561DPRT芯片参数

图 0.1所示,TPS54561DPRT芯片CURRENT LIMIT典型值为7.5A。

电感器的电流是电感器纹波电流加上输出电流。在上电、故障或瞬态负载条件下,电感器电流可能会增加,超过上面计算的电感器峰值电流5.8A水平。在瞬态条件下,电感电流可以增加到器件的开关电流极限。

因此,最保守的设计方法是选择一个饱和电流额定值等于或大于TPS54561DPRT的开关电流极限的电感器,名义上是7.5A。

这就是我们选择了饱和电流为7.9A的WE 7447798720电感器的原因。

图 0.2 TPS54561DPRT电路设计实例

图 0.2所示,TPS54561DPRT电路设计实例中L1 7447798720(品牌Wurth Elektronik,感值7.2uH,精度±30%,额定电流7.9A,饱和电流6A,DCR最大值12.8 mΩ,自谐振频率典型值31MHz,绕线式Wirewound,屏蔽Shielded)就是我们选型完成的功率电感器。

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