前面兩篇文章我們介紹了BUCK和BOOST的電感快速選型計(jì)算方法,如果是BUCK電路,相對(duì)簡(jiǎn)單,如果是BOOST電路,大部分芯片手冊(cè)也會(huì)直接給出計(jì)算公式。但到了BUCK-BOOST,由于既存在降壓工況,又存在升壓工況,輸入電壓范圍一寬,很多人就開(kāi)始犯難:最低輸入電壓算出來(lái)是6.8μH,最高輸入電壓又算出3.3μH,到底該選哪個(gè)?電感選大了效率下降,選小了紋波和溫升又上來(lái),怎么平衡?實(shí)際上,對(duì)于咱們硬件工程師來(lái)說(shuō),最快的方法往往不是直接套電感公式,可以采用L×I法則來(lái)快速計(jì)算。掌握這個(gè)方法后,很多BUCK-BOOST電感選型問(wèn)題幾分鐘就能完成。所有開(kāi)關(guān)電源的電感計(jì)算,本質(zhì)上都來(lái)自一個(gè)最基本的公式:右邊實(shí)際上就是電感在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)所承受的伏秒積,那咱們?nèi)绻x一下咱們的老朋友電流紋波率:
那么就能得到一個(gè)非常實(shí)用的關(guān)系:這里的E為電感兩端電壓,t為導(dǎo)通時(shí)間,Et為伏秒積,r為電流紋波率這就是前面兩篇文章常說(shuō)的先算伏秒積,再算L×I。這個(gè)方法最大的好處是:先確定系統(tǒng)需要多少μH·A,再根據(jù)實(shí)際電流反推出電感值。接下來(lái)我們實(shí)例分析一下,輸入電壓8V~24V,輸出電壓12V,最大輸出電流3A,開(kāi)關(guān)頻率300kHz,目標(biāo)紋波率35%,那么電感應(yīng)該選多少?第一步是找到最?lèi)毫庸r
這是很多新手最容易忽略的地方,BUCK-BOOST設(shè)計(jì)電感時(shí),并不是隨便選一個(gè)輸入電壓計(jì)算,而是必須找到電感紋波最大的工作點(diǎn)。對(duì)于這種應(yīng)用:輸入電壓越低,占空比越大,占空比越大,導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng),導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng),伏秒積越大,最終電感紋波也越大。所以設(shè)計(jì)必須從VINMIN =8V開(kāi)始。
很多電源設(shè)計(jì)失敗,根本原因就是這里選錯(cuò)了工況。
第二步是計(jì)算占空比
BUCK-BOOST穩(wěn)態(tài)關(guān)系:代入最小輸入電壓可以得到占空比D=0.6,也就是MOS導(dǎo)通時(shí)間占整個(gè)周期的60%。頻率f=300kHz,T = 3.33μs,那么tON = 0.6 × 3.33 ≈ 2us那么:Et = 8*2=16V*us
設(shè)定紋波率r=0.35,我們根據(jù)下面的表達(dá)式:這意味著無(wú)論你最后選擇多大的電感,L與I的乘積都必須滿(mǎn)足這個(gè)要求。
這里又是一個(gè)常見(jiàn)誤區(qū),很多人會(huì)直接把3A負(fù)載電流帶進(jìn)去,實(shí)際上在BUCK-BOOST中電感電流遠(yuǎn)大于輸出電流,連續(xù)導(dǎo)通模式下:看到這里很多人會(huì)嚇一跳,輸出才3A,電感平均電流居然已經(jīng)達(dá)到7.5A,這也是為什么BUCK-BOOST往往比BUCK更容易發(fā)熱。
有了L×I=45.7uH*A,代入IL=7.5A,L=6.1uH。而且有了這個(gè)公式,我們就能快速計(jì)算不同負(fù)載電流下的電感值了。為什么很多BUCK-BOOST電源效率不高?做過(guò)BUCK-BOOST的人都有體會(huì),同樣是12V輸出3A,BUCK可能效率95%以上,BUCK-BOOST往往只有90%左右,原因就在電感,從剛才計(jì)算可以看到輸出電流3A,電感平均電流已經(jīng)達(dá)到7.5A。銅損=I*I*r會(huì)急劇增加。因此BUCK-BOOST設(shè)計(jì)時(shí),除了關(guān)注感值,更應(yīng)該關(guān)注電感的DCR,飽和電流,磁芯損耗,溫升曲線(xiàn),很多時(shí)候,電感損耗甚至比MOS損耗還大。