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如何为降压转换器选择电感器
作为用于高耗电应用的DC-DC转换器设计的一部分，组件选择对于确保向负载稳定地高效输送功率非常重要。
在众多的DC-DC转换器拓扑中，降压转换器在将输入电压降低到较低水平同时提供高效功率转换方面有很多用途。这些功率转换器的组件选择常见问题是如何为降压转换器选择电感。在降压转换器中使用电感器和其他组件的目的是为了限制热量散失，同时很大程度地减小电流纹波。
降压转换器中的电感
降压转换器拓扑如下所示。在此图中，MOSFET的输出由PWM信号驱动，该PWM信号以用户选择的占空比打开和关闭MOSFET。当PWM信号切换时，电感器和电容器在向负载提供稳定电流方面起着至关重要的作用。最后，PWM信号的占空比是主要功能，允许用户控制输送到负载的输出电压。
电感器将不断以与PWM信号相同的速率进行开关，因此它负责在发送到输出的电流上叠加一些轻微的纹波。电感器和电容器形成一个L滤波器，它基本上是一个二阶带通滤波器。假设您使用的ESR低的足够大的电容器，该电容器将提供低阻抗，并且构成波纹的高频分量将被大大消除。
如何为您的Buck转换器选择电感器
电感器的合适值取决于设计可承受的所需纹波电流，以及计划用于PWM信号的占空比。下式显示了输出电压随二极管正向压降和MOSFET导通状态压降的关系。考虑这些电压后，输出电压为：
输出电压是PWM占空比，二极管正向压降和MOSFET导通状态压降的函数。
我将跳过一些数学运算，直接获得重要结果。首先，电感和PWM频率与纹波电压成反比。其次，纹波也是PWM占空比的二次函数。降压转换器中的纹波电流为：
如何在电路图中为降压转换器选择电感器
注意，PWM信号的上升时间在两个方程式中均不出现。但是，上升时间很重要，因为它在确定转换器产生的噪声和损耗方面起着重要的作用（更多信息请参见下文）。重要的结果可以总结如下：
增大占空比会减少纹波，但也会使输出电压更接近输入电压。
增加PWM频率将减少纹波，但这将增加 MOSFET的散热。同样，需要注意的是：使用具有更快边沿速率的PWM信号将减少较高PWM频率产生的这些损耗（再次参见下文）。
使用较大的输入电压需要使用较大的电感器，以将纹波减小到可接受的水平。通常，请使用较大的电感器以减少纹波。
为什么PWM上升时间很重要
电感器负责产生并同时抑制输出电流的纹波，尽管可以使用上述准则将其设置为设计目标。但是，电感器无法控制任何开关调节器的一些重要方面：
开关元件的辐射EMI：来自晶体管的开关噪声会在下游电路中产生一些噪声。
由集肤效应引起的热损耗：这是电感器几何形状的函数，而不是电感值。如果电感器具有较大的横截面积和较高的导热率，则可以较高的速率从电感器散热。
晶体管中的热损耗：晶体管在开关和调节过程中会散发大部分热量。但是，使用更快的边沿速率将抑制这种热量损失，因为MOSFET将在PWM振荡之间更完全地关断。
这些噪声源取决于PWM信号的频率和边沿速率。如果在不改变占空比的情况下以较高的开关频率运行降压转换器，则通常会因MOSFET中的热量而损失更多的功率。使用更快的边沿速率的权衡是在下游电路中产生更多高频噪声以及通过集肤效应损失更多热量的风险。