開關(guan) 電源一直以來都是電源業(ye) 的主要產(chan) 品。但是，隨著全球對高能效產(chan) 品需求的不斷增加，傳(chuan) 統上采用更廉價(jia) 但低能效的線性電源市場也將轉向采用開關(guan) 電源。在這一過渡時期，電源業(ye) 為(wei) 提高開關(guan) 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。這種發展趨勢為(wei) 開關(guan) 電源開啟了新的市場，並使部分設計工程師麵臨(lin) 市場對開關(guan) 電源設計的需求。

本文將闡明為(wei) 非隔離式開關(guan) 電源（SMPS）選用電感器的基本要點。所舉(ju) 實例適合超薄型表麵貼裝設計的應用，像電壓調節模塊（VRM）和負載點（POL）型電源，但不包括基於(yu) 更大底板的係統。

圖1 典型的降壓拓撲結構電源

圖1所示為(wei) 一個(ge) 降壓拓撲結構電源的架構，該構架廣泛應用於(yu) 輸出電壓小於(yu) 輸入電壓的係統。在典型的降壓拓撲結構電路中，當開關(guan) （Q1）閉合時，電流開始通過這個(ge) 開關(guan) 流向輸出端，並以某一速率穩步增大，增加速率取決(jue) 於(yu) 電路電感。根據楞次定律，di=E*dt/L，流過電感器的電流所發生的變化量等於(yu) 電壓乘以時間變化量，再除以這個(ge) 電感值。由於(yu) 流過負載電阻RL的電流穩定增加，輸出電壓成正比增大。

在達到預定的電壓或電流限值時，控製集成電路將開關(guan) 斷開，從(cong) 而使電感周圍的磁場衰減，並使偏置二極管D1正向導通，從(cong) 而繼續向輸出電路供給電流，直至開關(guan) 再度接通。這一循環反複進行，而開關(guan) 的次數由控製集成電路來確定，並將輸出電壓調控在要求的電壓值上。圖2所示為(wei) 在若幹個(ge) 開關(guan) 循環周期內(nei) ，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 采用降壓拓撲結構的開關(guan) 電源的開關(guan) 動作波形圖

電感值對於(yu) 在開關(guan) 斷開期間保持流向負載的電流很關(guan) 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於(yu) 最差條件下，仍能夠為(wei) 負載供應足夠的電流。為(wei) 確定最小的電感值，需要知道如下信息：
·輸入電壓範圍
·輸出電壓及其規定範圍
·工作頻率（開關(guan) 頻率）
·電感器紋波電流
·運行模式；連續運行模式還是非連續運行模式

表1　典型的降壓電源係統技術規格

下列公式用於(yu) 計算降壓變換器所需的電感值：

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

為(wei) 了算出適用於(yu) 電源整個(ge) 運行條件的最小電感值，對參數值的選擇必須能夠保證在各項參數處於(yu) 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值範圍內(nei) 。而針對降壓型電源，其最不利組合條件為(wei) ：輸入電壓和頻率均處於(yu) 各自的最低數值時。此外，還要將輸出電壓也取為(wei) 其最小規定值，以確定能夠保持正常調節功能所需的最低電感值。設計者可以按照自己所習(xi) 慣的方式，對這些數值進行控製，以達到最差條件成立的狀態。

按照表1中所列出的數據，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(ti) 應用中，電感器的電感值至少為(wei) 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，並保持足夠的安全係數。而如果選擇一個(ge) 電感值低於(yu) 此最小值的電感器，就將導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定範圍內(nei) 。

將電感值確定以後，實際電感器的設計必須符合相關(guan) 電氣標準、係統尺寸和安裝方式等限製。許多磁性元件供應商均提供各種型號的標準產(chan) 品，可滿足絕大多數的設計標準要求。但是，在設計中采用現貨供應的標準產(chan) 品，有可能導致電感器的性能和尺寸方麵有所不足，並可能最終對產(chan) 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(nei) 的一些供應商，能夠提供必要的定製工程設計支持， 以滿足將特定電感值、電氣性能和外形限製要求結合在一款完全成熟的產(chan) 品上，促進設計的最優(you) 化。充分利用了業(ye) 界的專(zhuan) 業(ye) 技術，從(cong) 而最大程度地縮短了設計和測試的時間，加速產(chan) 品的上市。