电感参数对DC/DC变换器性能的影响

1 引言

关于电感参数对DC/DC变换器性能的影响以及为使DC/DC变换器达到最佳综合性能指标应该怎样选择$电感器，我们以图1所示之基于Max8646模块的电路为参考进行分析，并以表1所列出的两个系列的五款电感器的参数供给选用。在图1中，选用了一个0.47μF的电感器，此电感值可同时提高电路的工作效率和快速负载暂态响应。从图1电路检测的结果可以发现，较低的电感值其工作效率也较低，较大的电感值则将以牺牲暂态响应速度为代价提供更高的工作效率。另外，在表1所提供的电感器系列中进行选择，是因为它可以与图1电路的PCB封装相匹配，不必进行较大的改动。
 

图1  本图所示为降压型开关稳压电源Max8646的评估电路图


 

2 电感器结构参数的考虑

a.尺寸的考虑

表1所列两个系列的电感器具有不同尺寸的磁柱，FOV0630系列电感器在PCB安装板上要高出FDV0620系列电感器1mm，但两者的引脚部分相同。较高的磁心高度可以使线圈所用铜导线的尺寸缩短成为可能，或者增大磁心尺寸使得线圈匝数减少。

若选用0.20μH或其以下的电感器，则变换器的工作效率会很低；同时，较小的电感值会导致较大的峰值电流。它必须保持低于MAX8646所规定的最低电流限制，以防止工作失稳。另外，选用大于1μH的电感值也不合适，经试验检测发现，折衷选用0.47μH的电感值可以获得良好综合性能，尤其可以提供更低的电阻值和更高的额定电流。

b.磁心的考虑

TOKO公司的FDV系列电感器采用的是铁粉心，因为它们具有良好的温度稳定性，并且，相对于其它可被选用的磁心则成本较低。其它可被选用的磁心用材料有钼坡莫合金粉末(MPP)、铁氧体（磁心带气隙）以及铁硅铝软磁合金 (Kool Mu)或高磁通磁环。在这些材料中，MPP因采用了镍、钼粉末，故其价格最昂贵，而铁硅铝软磁合金则是次昂贵的磁性材料。所以，在多数电源中所用的电感元件磁心是罐形、E和EI形的带气隙铁氧体材料磁心。这类形状的磁心结构具有良好的灵活性和可变性，然而，其成本较高。图2所示为图1电路使用不同电感器工作时的效率与输出电流的对应关系曲线。其比较显示，在输出电流小于2A时，1μH电感器具有最佳效率；在输出电流低于3A时，尺寸较大的电感器（如FDV0630）之直流电阻较低，因此，在变换器输出电流范围内，可提升效率0.5%~1%。

对于FDV0620系列中0.47μH和1μH的电感器，可以看到，输出电流在2A附近的效率曲线有一个交叉点，即在2A以下时，1μH的电感器具有较高的效率，2A以上时则0.47μH的工作效率更高。1μH值的电感器因为其串联电阻值较大，故效率受到影响。