1. 简介
上图所示,同步buck开关电源电路的功率级(power stage)由输入电容、输出电容、高边开关管、低边开关管,以及功率电感五个元件组成。每个元件都占据了buck电路非常重要的支路,每个支路上都有对应的瞬时电流、平均电流和rms均方根电流。
后续文章将继续分析各支路上的瞬时电流、平均电流和rms均方根电流的具体表达式;此文,将直接给出高边开关管sw1、低边开关管sw2和功率电感l上的平均电流和rms均方根电流的表达式,借此给出这三个元件过流值的选择依据。
2. 高边、低边开关管和功率电感上的平均电流和rms均方根电流
2.1 高边开关管sw1在整个tsw开关周期内的平均电流,如下所示:
2.2 低边开关管sw2或低边续流二极管在整个tsw开关周期内的平均电流,如下所示:
2.3 功率电感l在整个tsw开关周期内的平均电流,如下所示:
3. 过流值选择
前文可知,在已知负载电流 iout 和占空比 d 的情况下,高边开关管的平均电流为 d*iout ,低边开关管或续流二极管的平均电流为 (1-d)*iout ,功率电感的平均电流为 iout 。
因此,在进行这三个元件的过流值选择时,高边开关管的连续漏极电流( continuous drain current ) id 需要大于等于 d*iout 。
低边开关管的连续漏极电流或续流二极管的平均正向电流( average forward current )需要大于等于 (1-d)*iout 。
功率电感的温升电流或额定电流需要大于等于 iout ;另外,功率电感的饱和电流需要大于 iout + (1/2)*δil ,这里的 δil 是功率电感上的纹波电流大小。
这里需要说明的是:
① 关于温升电流、额定电流和饱和电流的区别,请参考 1.7.3.4 什么是温升电流、rms电流、饱和电流、额定电流?
② iout + (1/2)*δil 是功率电感上的峰值电流大小,功率电感的饱和电流需要大于峰值电流,是为了避免电感磁饱和的不良现象发生。
4. 小结
此文,简要分析buck电路中高边开关管、低边开关管或续流二极管、功率电感这三个关键元件的电流参数选型的依据。后续会分析每个元件上的各种电流参数。
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