适用于大功率系统的 DC-DC 转换器电感器选择指南

　　所有电子设备都需要电力，而能源或电网提供的实际电力永远不会稳定或无噪音。当您需要将电网电源转换为直流电源时，或者您正在使用波动的直流电源时，您需要一个直流-直流转换器来进行调节并将输出电压保持在所需的值。

　　DC-DC转换器中的一个关键组件是输出级上的电感器，而 DC-DC 转换器电感器的选择是成功设计所需的众多重要设计选择之一。开关 DC-DC 转换器使用电感器和其他一些组件进行电压调节。电路中的电感器在不同拓扑中的作用会略有不同，具体取决于系统是升压还是降压。让我们看一下电感器在电路中提供不同功能的两组常见拓扑结构，以及如何选择合适的电感器尺寸。

　　DC-DC转换器电感选择

　　为 DC-DC转换器选择电感器的过程取决于许多参数。根据所涉及的功率水平，这些电感器可能相当大，可能需要为您的系统定制设计。除了所需的占位面积外，以下规格也很重要，需要在 DC-DC 转换器电感器的选择中加以考虑：

　　额定电流和线圈电阻。线圈本身会有一些直流电阻，这会产生热量并在电感器上降低一些电压。线圈电阻应尽可能低，以防止功率损失为热量。此外，额定电流将取决于电感器封装的物理尺寸；绕线电感器用于大功率转换器，而箔电感器可用于低功率转换器。

　　饱和电流。铁氧体电感器将具有一些饱和电流，高于该饱和电流电感器磁芯将饱和。这会导致下一个开关周期的滞后。电感器的选择应使饱和电流大于系统中所需的最大电流。

　　电感与频率。所有组件都有寄生效应。绕组之间的寄生电容和线圈中的电阻为系统在高频下的自谐振创造了可能性。实际上，电感器的自谐振频率通常非常高，因此这并不重要，除非您计划使用具有非常快的边沿速率和 ~MHz 频率的 PWM 信号。

　　用于 DC-DC 转换器的不同类型的电感器。

　　最后但并非最不重要的是电感值。所需的电感值取决于您使用的拓扑，因为这将决定电感需要在 DC-DC 转换器中执行的功能。这里应该考虑两组DC-DC转换器拓扑：降压/升压/Cuk/split-Pi 转换器和谐振桥式转换器。

　　降压、升压和 Cuk 转换器电感选择

　　降压、升压和降压-升压转换器拓扑，以及相关的 Cuk 和 split-Pi 转换器，都利用电感器在开关期间激活电路中的功率 MOSFET 时存储能量。每次电感开关时，通过逆变器的电流开始以类似于 PWM 信号的上升/下降时间的速率变化，电感将产生反电动势。

　　这些转换器拓扑在开关期间利用电感器中的反电动势，使这些转换器拓扑在低电压下工作，因为电感器的作用有两个：

　　在切换事件期间存储和释放。每次 PWM 信号打开和​​关闭电路中的 MOSFET 时，PWM 信号都会改变方向，最终将电流引导至负载并确保直流运行。在这里，电感器在不同拓扑中的位置有助于确定系统是在降压模式还是升压模式下运行。

　　限制转换器输出的纹波。电感器有一些与频率成正比的无功阻抗，因此在每个 PWM 开关周期中将产生的纹波波形在电感器上大幅下降。这意味着较大的电感值在抑制高频纹波方面更有用。有许多关于这个主题的应用笔记将帮助您确定用于降压或升压转换器的最佳电感值。下面显示了一些可用于计算 Cuk、升压和降压转换器中电感值的近似公式。设计人员需要在这些等式中选择所需的纹波电流值（峰峰值）。正如我们所看到的，更大的电感器会提供更多的阻尼，从而减少系统中的纹波。

　　Cuk、升压和降压转换器中电感值的方程式。

　　　LLC谐振转换器

　　在这种类型的转换器中，输出电压/电流通过连接到整流桥的变压器线圈输出，整流桥根据标准变压器匝数比方程对电压/电流进行降压/升压。转换器的初级侧包含一个与电感器和变压器串联的电容器，形成一个 LLC 电路。该电路的一个变体是 LCC 电路，其中两个串联和并联电容与转换器的变压器一起使用。请注意，变压器基本上也是一个电感器，因此它的线圈会产生一些电感。

　　在这种开关转换器拓扑中，电感器和变压器的重点是利用转换器初级侧的一些增益。这是通过驱动转换器中的 LLC 电路接近其谐振频率来完成的。通过仔细调整开关信号的频率，可以在初级侧看到或多或少的增益，从而将输出电压/电流保持在某个所需值。下图显示了的半桥谐振 LLC 转换器设计；初级侧的 MOSFET 被异相驱动，以在初级侧提供所需的开关行为。次级侧的高侧和低侧 MOSFET 提供整流，电容器组提供平滑和纹波降低功能。

　　半桥谐振 LLC 转换器的仿真。

　　电感器和初级变压器线圈的总电感需要与电容器一起确定大小，以允许初级侧的信号利用足够的增益。典型的增益值范围从 ~1.1 到 ~1.5，出现在一个狭窄的频率范围内。大型电感器（~10 uH）和变压器（~100-300 uH初级线圈电感）通常用于此类转换器，以使电路的谐振频率接近~100-200 kHz，这是一种实用的驱动用于开关 DC-DC 转换器的频率。请注意，为了提供平滑的直流驱动，驱动信号的占空比通常保持在 50%。

　　由于 LLC 转换器通常用于高功率系统，因此此类转换器中的电感器通常非常坚固。这意味着您需要一个绕线电感器，因为它们非常坚固。这些转换器通常需要定制设计的电感器、变压器或两者，以在转换器的初级侧设置所需的频率范围和增益。