关于开关电源电感器的性能分析和介绍

开关电源一直以来都是电源业的主要产品。但是，随着全球对高能效产品需求的不断增加，传统上采用更廉价但低能效的线性电源市场也将转向采用开关电源。在这一过渡时期，电源业为提高开关频率而不懈努力，以满足客户对功率更大、占用空间更小的电源的要求。这种发展趋势为开关电源开启了新的市场，并使部分设计工程师面临市场对开关电源设计的需求。

本文将阐明为非隔离式开关电源（SMPS）选用电感器的基本要点。所举实例适合超薄型表面贴装设计的应用，像电压调节模块（VRM）和负载点（POL）型电源，但不包括基于更大底板的系统。

图1  典型的降压拓扑结构电源

图1所示为一个降压拓扑结构电源的架构，该构架广泛应用于输出电压小于输入电压的系统。在典型的降压拓扑结构电路中，当开关（Q1）闭合时，电流开始通过这个开关流向输出端，并以某一速率稳步增大，增加速率取决于电路电感。根据楞次定律，di=E*dt/L，流过电感器的电流所发生的变化量等于电压乘以时间变化量，再除以这个电感值。由于流过负载电阻RL的电流稳定增加，输出电压成正比增大。

在达到预定的电压或电流限值时，控制集成电路将开关断开，从而使电感周围的磁场衰减，并使偏置二极管D1正向导通，从而继续向输出电路供给电流，直至开关再度接通。这一循环反复进行，而开关的次数由控制集成电路来确定，并将输出电压调控在要求的电压值上。图2所示为在若干个开关循环周期内，流过电感器和其它降压拓扑电路元件上的电压和电流波形。

图2   采用降压拓扑结构的开关电源的开关动作波形图

电感值对于在开关断开期间保持流向负载的电流很关键。所以必须算出保持降压变换器输出电流所必需的最小电感值，以确保在输出电压和输入电流处于最差条件下，仍能够为负载供应足够的电流。为确定最小的电感值，需要知道如下信息：
       ·输入电压范围
       ·输出电压及其规定范围
       ·工作频率（开关频率）
       ·电感器纹波电流
       ·运行模式；连续运行模式还是非连续运行模式