電感和升壓比對最大輸出電流的影響

本文的關(guān)鍵要點

?受電感紋波電流影響，流過低邊開關(guān)的電流會大于輸入電流。這導致可輸出的最大電流減小。

?紋波電流的大小會隨電感值而變化，電感值越大，最大輸出電流就越大。

?注意：受直流疊加特性影響，電感值會隨著電感電流的增加而減小，并使電感電流的峰值提高，更快達到過流限制值，使最大輸出電流降低。

目錄

流過電感的電流和升壓比對最大輸出電流的影響

電感值對最大輸出電流的影響

注意電感值的精度和直流疊加特性導致的電感值減小

第二個主題是“電感和最大輸出電流”。

低邊開關(guān)的最大電流和可輸出的最大輸出電流

電感和升壓比對最大輸出電流的影響

輸入輸出電壓和器件常數(shù)對最大輸出電流的影響

流過電感的電流和升壓比對最大輸出電流的影響

在上一個主題中，我們假設電感紋波電流是最大輸入電流的30%，但電感紋波電流的值會受開關(guān)頻率、電感值、輸入電壓和輸出電壓（嚴格地講，還取決于是二極管整流還是同步整流）的影響。下面我們根據(jù)所使用的器件和使用條件來計算一下電感紋波電流的值。要想使計算準確，就需要考慮到器件精度、各種導通損耗、壓降損耗等因素，不過這次我們會在沒有器件誤差、沒有損耗的理想狀態(tài)下進行估算。

在沒有負載波動的穩(wěn)定狀態(tài)下，電感紋波電流在低邊開關(guān)導通期間的電流增加量與高邊開關(guān)導通期間的電流減少量相同，平均電流保持恒定。該電流增減量和電流變化的P-P值就是電感紋波電流值。因此，需要計算出在低邊開關(guān)導通期間內(nèi)電感電流增加了多少。

首先，要想確定低邊開關(guān)的導通時間，需要根據(jù)開關(guān)頻率Fsw計算出一個周期的時間，并根據(jù)VIN、VOUT的升壓比計算出導通時間的比率，最終計算出導通時間TON。

電感電流變化量ΔＩ與時間和施加電壓成正比，與電感值成反比，ΔI=T×V÷L，因此通過計算ΔI，即可求出紋波電流IRIPPLE。

當VIN、VOUT、Fsw條件恒定時，紋波電流IRIPPLE與電感值L成反比。電感值不像電阻那樣能以E24之類的精度標準來選型，只能以E6程度的標準來選型，因此需要選擇紋波電流接近目標值的電感器。最大開關(guān)電流減去按所選電感計算出的紋波電流IRIPPLE的1/2后得到的值，即為最大輸入電流IIN。最大輸出電流IOUT與轉(zhuǎn)換效率η和升壓比VOUT÷VIN成反比，其計算公式如下：

但是，如果產(chǎn)品除了開關(guān)電流的最大值之外，還對輸入電流的最大值等有電流限制規(guī)定，則在估算最大輸出電流時需要包括該規(guī)定。

電感值對最大輸出電流的影響

對于電感值固定為恒定值的電源產(chǎn)品而言，相位補償是按該恒定值設計的，因此相關(guān)常數(shù)可能無法更改。但是，如果可用的電感值范圍較大，則低邊開關(guān)的電流限制大多限于峰值電流限制，因此可輸出的最大輸出電流值將因所選的電感值而異。例如，當在VIN=2.4V?VOUT=9.0V的條件下使用開關(guān)電流限制值為1.5A、開關(guān)頻率為600kHz、推薦電感值為10μH至22μH的產(chǎn)品時，使用10μH電感時的最大輸出電流IOUT1為：

使用22μH電感時的最大輸出電流IOUT2為：

可見電感值越大，支持的輸入電流越大，最大輸出電流也越大。

對于峰值電流限制功能而言，減小電感值會減小最大輸出電流，因此在電流不足的情況下，可以通過增大電感值來增加電流。但是，需要注意的是，雖然最大電流會增加，但由于V÷L，電感電流增減的電流變化速度會變慢，因此如果負載電流的變化速度很快，則負載瞬態(tài)響應特性（增加或減少電感電流以跟隨負載電流的變化）會變差，所以在負載波動很大的情況下存在弊端。

另外，如果電感值過大，受升壓型轉(zhuǎn)換器特有的“右半平面零點”的不穩(wěn)定因素影響，電源的負反饋控制會變得不穩(wěn)定，甚至可能會引發(fā)振蕩。

注意電感值的精度和直流疊加特性導致的電感值減小

前面的計算是在電感沒有誤差的條件下進行的，但實際上電感是有誤差的，并且最大輸出電流會隨著誤差導致的電感紋波電流的增加而減小。另外，電感器具有“直流疊加特性”，也就是當提高電流時，磁芯材料的磁飽和會導致相對磁導率降低，從而使電感值減小。在最大負載時，由于電感電流增加會使電感值變小、電感紋波電流的電流增加速度（V/L）變快（波形變陡峭），峰值很快就會達到限流值，輸入電流減小至IIN3，最終導致可能無法確保預期的最大輸出電流。

所以不能僅根據(jù)電感器技術(shù)規(guī)格書上的額定電流值來選擇電感器。必須預先確認精度+直流疊加特性，確保實際使用條件下即使在最大負載時，電感值也不會對峰值電流產(chǎn)生明顯影響，并確認最大輸出電流沒有問題。