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ZHCSQW6B November 2024 – March 2025 TPS54338 , TPS54438 , TPS54538

PRODUCTION DATA

7.2.2.5 输出电感器选型

电感器最关键的参数是电感、饱和电流和 RMS 电流。电感基于所需的峰峰值纹波电流 Δi_L，可通过方程式 16 计算得出。

方程式 16.

∆ I_{L} = \frac{V_{O U T}}{V_{I N_M A X}} \times \frac{V_{I N_M A X} - V_{O U T}}{L \times f_{S W}}

通常，定义 K 系数表示电感器纹波电流相对于器件最大输出电流的大小，合理的 K 值为 20% 至 60%。经验表明，K 的最佳值为 30% 至约 40%。由于纹波电流随输入电压增大，因此始终使用最大输入电压来计算最小电感 L。使用方程式 17 来计算输出电感的最小值。

方程式 17.

L = \frac{(V_{I N} - V_{O U T})}{K \times f_{S W} \times I_{O U T_M A X}} \times \frac{V_{O U T}}{V_{I N}}

其中

K 是电感器电流的纹波比 (ΔI_L/I_{OUT_MAX})。

一般来说，最好在开关电源中选择较低的电感值，因为低电感值通常对应于更快的瞬态响应、更小的 DCR 和更小的尺寸，从而实现更紧凑的设计。过低的电感会产生过大的电感电流纹波，从而会错误地触发满载时的过流保护。由于电流纹波较大，该器件还会产生更多的电感磁芯损耗。在同一个输出电容中，更大的电感电流纹波同样意味着更大的输出电压纹波。

确定电感 L 后，最大电感器峰值电流和 RMS 电流可通过方程式 18 和方程式 19 计算得出。

方程式 18.

I_{L_P E A K} = I_{O U T} + \frac{∆ I_{L}}{2}

方程式 19.

I_{L_R M S} = \sqrt{I_{O U T}^{2} + \frac{{∆ I}_{L}^{2}}{12}}

理想情况下，电感器的饱和额定电流至少与高侧开关电流限制 I_{HS_LIMIT} 一样大（请参阅节 5.5）。此尺寸可确保即使在输出短路期间电感器也不会饱和。当电感磁芯材料饱和时，电感下降到一个非常低的值，导致电感电流上升非常快。尽管谷值电流限制 I_{LS_LIMIT} 旨在降低电流失控的风险，但饱和电感器会导致电流非常迅速地上升到高值，这可能导致组件损坏，因此不允许电感器饱和。在任何情况下，电感器饱和电流不得小于满载时的最大峰值电感电流。

此设计中选择了以下值：

K = 0.3
V_{IN_MAX} = 28V
f_SW = 500kHz
I_{OUT_MAX} = 5A

计算出的电感值为 5.3μH。选择最接近的标准值 5.6μH。I_{HS_LIMIT} 最大值为 7A，计算出的峰值电流为 5.7A，计算出的 RMS 电流为 5.02A。所选电感器为 Würth Elektronik、74439346056、5.6μH，饱和电流额定值为 12.1A，RMS 电流额定值为 6.9A。

最大电感值受到峰值电流模式控制正确执行所需的最小电流纹波的限制。为了避免次谐波振荡，在正常情况下，最小电感器波纹电流必须不少于器件最大额定电流 (5A) 的约 10%。