開關(guān)電源一直以來都是電源業(yè)的主要產(chǎn)品,。但是,，隨著全球?qū)Ω吣苄Мa(chǎn)品需求的不斷增加，傳統(tǒng)上采用更廉價但低能效的線性電源市場也將轉(zhuǎn)向采用開關(guān)電源,。在這一過渡時期,，電源業(yè)為提高開關(guān)頻率而不懈努力，以滿足客戶對功率更大,、占用空間更小的電源的要求,。這種發(fā)展趨勢為開關(guān)電源開啟了新的市場，并使部分設(shè)計工程師面臨市場對開關(guān)電源設(shè)計的需求,。

       本文將闡明為非隔離式開關(guān)電源（SMPS）選用電感器的基本要點,。所舉實例適合超薄型表面貼裝設(shè)計的應(yīng)用，像電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）和負載點（POL）型電源,，但不包括基于更大底板的系統(tǒng),。

圖1  典型的降壓拓撲結(jié)構(gòu)電源

       圖1所示為一個降壓拓撲結(jié)構(gòu)電源的架構(gòu)，該構(gòu)架廣泛應(yīng)用于輸出電壓小于輸入電壓的系統(tǒng),。在典型的降壓拓撲結(jié)構(gòu)電路中,，當開關(guān)（Q1）閉合時，電流開始通過這個開關(guān)流向輸出端,，并以某一速率穩(wěn)步增大,，增加速率取決于電路電感。根據(jù)楞次定律,，di=E*dt/L,，流過電感器的電流所發(fā)生的變化量等于電壓乘以時間變化量，再除以這個電感值,。由于流過負載電阻RL的電流穩(wěn)定增加,，輸出電壓成正比增大。

       在達到預(yù)定的電壓或電流限值時,，控制集成電路將開關(guān)斷開,，從而使電感周圍的磁場衰減，并使偏置二極管D1正向?qū)?，從而繼續(xù)向輸出電路供給電流,，直至開關(guān)再度接通。這一循環(huán)反復(fù)進行,，而開關(guān)的次數(shù)由控制集成電路來確定,，并將輸出電壓調(diào)控在要求的電壓值上。圖2所示為在若干個開關(guān)循環(huán)周期內(nèi),，流過電感器和其它降壓拓撲電路元件上的電壓和電流波形,。

       圖2   采用降壓拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源的開關(guān)動作波形圖

       電感值對于在開關(guān)斷開期間保持流向負載的電流很關(guān)鍵。所以必須算出保持降壓變換器輸出電流所必需的最小電感值，以確保在輸出電壓和輸入電流處于最差條件下,，仍能夠為負載供應(yīng)足夠的電流,。為確定最小的電感值，需要知道如下信息：
       ·輸入電壓范圍
       ·輸出電壓及其規(guī)定范圍
       ·工作頻率（開關(guān)頻率）
       ·電感器紋波電流
       ·運行模式,；連續(xù)運行模式還是非連續(xù)運行模式

表1　典型的降壓電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格

       下列公式用于計算降壓變換器所需的電感值：

       L1 = Vo(1-Vo/(Vin-Von))/(f*dI)      連續(xù)運行模式下：dI < 1/2I

       為了算出適用于電源整個運行條件的最小電感值,，對參數(shù)值的選擇必須能夠保證在各項參數(shù)處于最不利組合的條件下，所選擇的這一電感值仍能將紋波電流保持在特定的數(shù)值范圍內(nèi),。而針對降壓型電源,，其最不利組合條件為：輸入電壓和頻率均處于各自的最低數(shù)值時。此外,，還要將輸出電壓也取為其最小規(guī)定值,，以確定能夠保持正常調(diào)節(jié)功能所需的最低電感值。設(shè)計者可以按照自己所習慣的方式,，對這些數(shù)值進行控制,，以達到最差條件成立的狀態(tài)。

       按照表1中所列出的數(shù)據(jù),，最小電感值計算如下：

L1(min) = Vo(min)(1-Vo(min)/(Vin(min)-Von))/(f(min)*dI)

L1(min) = 4.95V(1-4.95V/(20V-0.7V))/(693,000Hz * 0.5A)

L1(min) =  10.6uh

因此,，在這一具體應(yīng)用中，電感器的電感值至少為10.6 μh,，而其電流額定值也要在最低的20安培的工作電流之上,，并保持足夠的安全系數(shù)。而如果選擇一個電感值低于此最小值的電感器,，就將導(dǎo)致降壓變換器可能無法在最大電流下將其輸出電壓保持在規(guī)定范圍內(nèi),。

       將電感值確定以后，實際電感器的設(shè)計必須符合相關(guān)電氣標準,、系統(tǒng)尺寸和安裝方式等限制,。許多磁性元件供應(yīng)商均提供各種型號的標準產(chǎn)品，可滿足絕大多數(shù)的設(shè)計標準要求,。但是,，在設(shè)計中采用現(xiàn)貨供應(yīng)的標準產(chǎn)品,，有可能導(dǎo)致電感器的性能和尺寸方面有所不足,，并可能最終對產(chǎn)品的銷售造成不利影響。而幸運的是,，包括泰科電子CoEv 磁性組件部在內(nèi)的一些供應(yīng)商,，能夠提供必要的定制工程設(shè)計支持， 以滿足將特定電感值,、電氣性能和外形限制要求結(jié)合在一款完全成熟的產(chǎn)品上,，促進設(shè)計的最優(yōu)化。充分利用了業(yè)界的專業(yè)技術(shù)，從而最大程度地縮短了設(shè)計和測試的時間,，加速產(chǎn)品的上市,。