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ZHCAEG7 September 2024 LM61495

4.2 电感器选择和最大输出电流

在此拓扑中，平均电感电流受到影响。在降压配置中，平均电感电流等于平均输出电流，因为电感器总是在控制 MOSFET 的导通和关断期间为负载提供电流。而在反相降压/升压配置中，仅由输出电容器向负载提供电流，而负载在控制 MOSFET 导通期间与电感器完全断开。在关断期间，电感器连接到输出电容器和负载（请参阅图 2-2 至图 2-4）。由于关断时间为开关周期的 1 – D，方程式 2 中的平均电感器电流计算方法如下：

方程式 2.

I_{L (Avg)} = \frac{I_{OUT}}{(1 - D)}

典型降压转换器的占空比只是 V_OUT / (V_IN × η)，但方程式 3 中反相降压/升压转换器的占空比计算方法变为：

方程式 3.

D = \frac{| V_{OUT} |}{{| V}_{OUT} | + (V_{IN} \times η)}

方程式 4 提供峰峰值电感器纹波电流：

方程式 4.

∆ I_{L} = \frac{V_{IN} \times D}{f_{s} \times L}

其中，

ΔI_L (A)：峰峰值电感器纹波电流
D：占空比
f_S (Hz)：开关频率
L (H)：电感器值
V_IN (V)：相对于地、而不是相对于器件地或 V_OUT 的输入电压

与降压拓扑相比，反相降压/升压拓扑中的最大输出电流有所降低。这是由于峰值电感器电流增高导致的。

IBB 的电感器是根据所需的纹波电流选择的，这与任何其他直流/直流转换器都非常相似。对于 ΔI_L，通常使用介于负载电流的 20% 至 40% 之间的一个值。由方程式 4 可以推导出方程式 5 以确定 L 值以及最大电感器电流。此信息用于选择适合该应用的标准电感器。

方程式 5.

L = \frac{VIN}{f_{s} \times ∆ I_{L}} \times \frac{| V_{OUT} |}{{| V}_{OUT} | + (VIN \times η)}

在 PMP23333 设计中选择了 4.7μH 电感器。在输出电压为 -8V 和输入电压为 +12V ±10% 的情况下，根据 LM61495 数据表中所述的 9.8A 最小谷值电流限值，以下计算将得出可保证的最大允许输出电流。由于在高负载电流下运行时占空比会增加，因此在这些条件下用于以下方程式 6 中计算最大输出电流的占空比会增加 5%，从而实现更精确的最大输出电流计算。

方程式 6.

D = \frac{| V_{OUT} |}{{| V}_{OUT} | + (VIN \times η)} \times 1.05 = \frac{8}{8 + (10.8 \times 0.9)} \times 1.05 = 0.47

方程式 7.

∆ I_{L} = \frac{VIN \times D}{f_{s} \times L} = \frac{10.8 \times 0.47}{400 kHz \times 4.7 μH} = 2.7 A

方程式 8.

I_{L (Avg)} = \frac{I_{OUT}}{(1 - D)} = \frac{4}{(1 - 0.47)} = 7.547 A

方程式 9.

I_{L (Peak)} = I_{L (Avg)} + \frac{∆ I_{L}}{2} = 8.897 A

方程式 10.

I_{L (Valley)} = I_{L (Avg)} - \frac{∆ I_{L}}{2} = 6.197 A

图 4-2 和图 4-3 展示了 -2.7A、-4A 负载条件下的开关电压和电感器电流波形，并表明计算结果与实际值基本吻合。

图 4-2 I_OUT = -2.7A 时的 SW 和 IL 波形

图 4-3 I_OUT = -4A 时的 SW 和 IL 波形

要计算允许的最大电流，I_L(Valley) 需要小于 9.8A，如方程式 11 所示。因此，如方程式 12 所示计算出 I_{OUT_MAX} 需要小于 5.9A。尽管 I_{OUT_MAX} 可以增加到 5.9A，但德州仪器 (TI) 建议在此设计中不要使用高于 4A 的负载，因为较高的负载会导致 IC 温度显著上升。

方程式 11.

I_{L (Avg)} - \frac{∆ I_{L}}{2} = \frac{I_{OUT_MAX}}{(1 - D)} - \frac{∆ I_{L}}{2} = \frac{I_{OUT_MAX}}{0.53} - 1.35 A < 9.8 A

方程式 12.

I_{OUT_MAX} < 5.9 A