电感选择对DC-DC转换器性能的折衷

该评估板(图1)包含有一个0.47µH电感，可以同时提供较高的效率和快速负载暂态响应。较低的电感值导致较低的效率，较大的电感以暂态响应为代价提供更高的效率。本文中讨论的其他电感(表1)经过选择可以与评估板的PCB封装相匹配，并且能以最小的改动(如果需要)来配合评估板的电路(请参考附录部分)。

图1. 本图显示了降压型开关稳压器MAX8646评估板的电路。

表1. 评估电感

Manufacturer	Series	Inductance (µH)	DCR (m)	Current Rating (A)	Dimensions (mm x mm x mm)
Toko®	FDV0620	0.2	4.5	16.2	6.7 x 7.4 x 2.0
		0.47	8.3	11
		1.0	18	7.7
	FDV0630	0.47	4.6	16	7.0 x 7.7 x 3.0
		1	10	9.1

尺寸考虑

　　表1中两个系列的电感提供不同的磁芯尺寸。它们的引脚相同，但是FDV0630系列电感在电路板上要高1mm。较高的高度使得使用较短的铜线成为可能-使用更大的直径或较少的匝数，或二者兼具。

　　0.2µH以及更低的电感表现出很低的效率，因此更小的电感未予考虑。较小的电感值还带来较大的峰值电流，它必须保持低于MAX8646的最低电流限制以防止失稳。另一方面，大于1µH的电感也不合适。评估0.47µH和1µH的电感值将使得这些折衷更加清楚。请注意较大的FDV0630系列电感具有相同的电感值和引脚，但是提供更低的电阻和更高的额定电流。关于电感磁芯的尺寸、材料和磁导率的详细比较超出了本文的讨论范围，但是电感制造商可以提供很多相关主题的文章。

磁芯的考虑

　　Toko公司的FDV系列电感采用铁粉芯，它们提供更好的温度稳定性并且相对于其他可选磁芯成本更低。其他选择是钼坡莫合金粉末(MPP)、气隙铁氧体以及(例如)铁硅铝磁合金(Kool Mµ®)或高磁通磁环。鉴于混合镍、铁和钼粉末的成本，MPP通常是最昂贵的选择。铁硅铝磁合金(Kool Mµ)是一种次昂贵的复合粉末磁芯。在多数电源中常见的罐形、E和EI形磁芯为气隙铁氧体。这些外形可以在必要时提供灵活性和可变性，但是成本更高。高磁通磁环通常用于滤波电感而不是电源变换电路。

性能评估和效率比较

　　图1电路中各种电感的效率比较(图2)显示，在输出电流低于2A时1µH电感具有最好的效率，在低于3A时0.2µH的效率最低。在电感量相同时，尺寸较大(FDV0630)直流电阻较低的电感在整个输出电流范围内可提供0.5%至1%的效率提升。

图2. 图1电路使用各种电感工作时的效率与输出电流的对应关系

　　对于FDV0620系列的0.47µH和1µH电感，可以注意到在2A附近其效率曲线有一个交叉：2A以下1µH电感具有较高的效率，2A以上0.47µH的效率更高。1µH电感所具有的较大串联电阻导致了这种效率的差异。

开关波形的比较

　　另一种性能折衷(图3和图4)可以在电感电流、电感电压(引脚14至引脚16)和输出电压纹波的典型波形中看到。图3使用电感量较小的FDV0620-0.47µH电感产生较高的峰值电流。输出电压纹波低于18mV峰峰值，而FDV630-1.0µH电感(图4)产生的纹波峰峰值刚超过12mV。峰值电流对输出电容充电并且提供负载电流。在电容的ESR上会流入和流出较大的电流，这将产生较高的输出电压纹波。如果必要，可以通过使用较大的输出电容来降低该纹波。

图3. 图1电路使用FDV0620系列的0.47µF电感工作在3.3V输入，1.8V输出，3A负载电流时的波形。CH1 = V_LX，CH4 = I_LX，CH2 = V_OUT (CH1为引脚14至引脚16的电压而非电感两端的电压)。

图4. 类似于图3，但是使用FDV0620系列的1µF电感

负载暂态的比较

　　不同的电感提供不同的负载暂态响应(IC和补偿网络同样对该响应有贡献)。MAX8646 IC需要外部补偿，但是其他开关稳压器IC包含内部补偿，它们通常指定允许的电感值范围。从另一方讲，外部补偿允许设计更加灵活。

　　图5和图6给出了图1所示电路在从2A至5A再返回至2A的负载阶跃时FDV0620-0.47µH和FDV0620-1µH电感的负载暂态响应，在图6中，外部补偿经过调整以配合1µH电感值。参考图1，改变了以下三个元件来达到该目的：C10 = 1000pF，R4