ZHCSVK5 August 2024 TPS55287-Q1
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由于电感器的选择会影响稳态运行、瞬态行为和环路稳定性,因此电感器是进行电源稳压器设计时最重要的组件。有三种重要的电感器规格:电感、饱和电流和直流电阻。
TPS55287-Q1 可与 1µH 至 10µH 的电感器配合使用。电感器的选择需考虑降压和升压运行模式。
对于降压模式,选择的电感器要将峰峰值电流纹波限制为最大输入电压下的最大电感器电流。公式 9 展示了 CCM 中电感与电感器纹波电流之间的关系。
其中
对于特定电感器,当 VOUT 等于最大输入电压的一半时,电感器纹波电流会达到最大值。选择更大的电感会产生更小的电感器电流纹波,而选择更小的电感会产生更大的电感器电流纹波。
对于升压模式,选择的电感器要将峰峰值电流纹波限制为最大输出电压下的最大电感器电流。公式 10 展示了 CCM 中电感与电感器纹波电流之间的关系。
其中
对于特定电感器,当 VIN 等于最大输出电压的一半时,电感器纹波电流可达到最大值。选择更大的电感会产生更小的电感器电流纹波,而选择更小的电感会产生更大的电感器电流纹波。
本应用示例选择了 4.7µH 的电感器,约产生的最大电感器电流纹波为降压模式下最高平均电感器电流的 50%,升压模式下最高平均电感器电流的 50%。
在降压模式下,电感器直流电流等于输出电流。在升压模式下,电感器直流电流可通过公式 11 计算得出。
其中
对于降压/升压转换器 TPS55287-Q1 的给定最大输出电流,在最小输入电压和最大输出电压下可达到最大电感器直流电流。将 TPS55287-Q1 的电感器电流限值设置为高于计算得出的最大电感器直流电流,可确保 TPS55287-Q1 能够提供所需的输出电流。
在升压模式下,电感器纹波电流由公式 12 计算得出。
其中
因此,电感器峰值电流通过公式 13 计算。
正常情况下,建议使用的电感器峰峰值电流应小于电感器平均电流的 40%,以获得最大输出电流。电感值较大的电感器会产生较小的纹波,可降低电感器中的磁滞损耗和 EMI,但同时负载瞬态响应时间也会增加。所选电感器的饱和电流必须高于计算出的峰值电流。
转换效率取决于所选电感器电流路径的电阻,与开关 MOSFET 相关的开关损耗和电感器内芯损耗。因此,整体效率受电感器直流电阻 (DCR)、开关频率下的等效串联电阻 (ESR) 和内芯损耗的影响。表 8-2 列出了为 TPS55287-Q1 推荐的电感器。在本应用示例中,选择了 Coilcraft 电感器 XAL7070-472,因为它具有小尺寸、高饱和电流和低 DCR。
器件型号 | L (µH) | DCR(最大值)(mΩ) | 饱和电流/额定热电流 (A) | 尺寸 (L x W x H mm) | 供应商(1) |
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XAL7070-472ME | 4.7 | 14.3 | 15.2/10.5 | 7.5 × 7.2 × 7.0 | Coilcraft |
VCHA085D-4R7MS6 | 4.7 | 15.6 | 16.0/8.8 | 8.7 × 8.2 × 5.2 | Cyntec |
IHLP4040DZER4R7M01 | 4.7 | 16.5 | 17/9.5 | 10.2 × 10.2 × 4.0 | Vishay |