功率电感的选型步骤和实例

5.6.3 功率电感的选型步骤

1、如果是降压转换器芯片（BUCK Converter），根据数据手册，确定该转换器芯片能够提供的最大负载电流值 I_(OUT,MAX) ；如果是降压控制器芯片（BUCK Controller），则根据“设计需求”，确定负载电路所需要的最大电流 I_(OUT,MAX) 。

2、选择电流纹波系数（取值范围0.3-0.5之间），确定电感上的峰值电流 I_PK （对应计算公式**(3.225) I_(L,PK)=(1+r/2)×I_OUT** ）。

3、利用公式 L_(BUCK,MIN) = ( V_(IN,MAX)-V_OUT) ) × ( V_OUT/V_(IN,MAX) ) / ( r×I_(OUT,MAX)×F_SW ) 计算感值最小值 L_(BUCK,MIN) ，并结合成品电感的实际感值（±20%精度的常用感值有3.3uH、4.3uH、4.7uH、5.6uH、6.8uH、7uH、7.2uH、7.8uH和10uH）选取与计算出来的最小感值 L_(BUCK,MIN) 接近的电感即可，不宜过大或过小。

因为感值会反过来影响实际电路中的纹波电流，感值越大，纹波电流越小；同时，感值会影响电路的动态响应，感值过大会导致电路对负载的动态响应变差。原理类似于，质量较大的大货车，起步和刹车都会吃力些，响应时间较长；而质量较小的小轿车，起步和刹车都更加轻快，响应时间较短。

4、确认所选电感的温升电流/额定电流要大于 I_(OUT,MAX) ，饱和电流要大于 I_(L,PK) 。

5、最后，功率电感的直流电阻DCR也是可以被关注的参数；DCR越小，降压开关电源电路中的直流电阻损耗（DC Resistance Loss）也就越小，这可以通过直流电阻损耗的计算公式（ P_(L,DCR,AVG)=I_OUT^2×DCR ）很直观地看出。

5.6.4 功率电感的选型实例

图 5.28 TPS54561DPRT设计需求

图 5.28所示，以TPS54561DPRT设计需求为例，说明降压型开关转换器电路设计中，功率电感的选型过程。

1、此处，“设计需求”中需要支持的最大负载电流为Iout(max) = 5A。

2、选择r = 0.3，则功率电感上的纹波电流理论值为0.3*5A = 1.5A，峰值电流理论值为Ipeak = (1+0.3/2) * 5A = 5.75A。

3、如果选择r = 0.3，计算所需功率电感值最小为Lmin = (60V-5V) * 5V / (0.3 * 5 * 400kHz * 60V) = 7.64uH；如果选择r=0.4，则Lmin = (60V-5V) * 5V / (0.4 * 5 * 400kHz * 60V) = 5.73uH；所以，实际选择5.73uH到7.64uH之间的感值均可。

如果选择6.8uH，通过“3.5.1 纹波电流实际值”章节中的公式，反向计算得到电路中的纹波电流实际值为 (60V-5V) * 5V / (6.8uH400kHz60V) = 1.69A，那么峰值电流实际值为5A + (1/2) * 1.69A = 5.85A。

如果选择7.2uH，电路中纹波电流实际值和峰值电流实际值分别1.59A和5.79A。由此可见，确实是感值越大，纹波电流和峰值电流都越小。

4、综上，本实例中对功率电感的基本要求为，感值在5.73uH到7.64uH之间，额定电流不小于5A，饱和电流不小于6A。选择Wurth Elektronik 7447798720，Inductor, Ferrite, 7.2uH, 6.0A, 0.011ohm, SMD，额定/温升电流6.0A（大于电路中实际峰值电流5.79A），符合“设计需求”。

注：这里选择的Wurth Elektronik 7447798720，来自于TPS54561DPRT规格书，读者也可以自行按照上述计算中的参数选择功率电感型号。