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从零掌握开关电源电感计算：实用公式与工程技巧
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从零掌握开关电源电感计算：实用公式与工程技巧

开关电源电感计算的核心流程

精准的电感计算是确保开关电源稳定运行的前提。本文将结合理论公式与工程实践，系统讲解如何快速、准确地完成电感参数设计。

1. 常见拓扑下的电感计算公式

不同拓扑结构对应不同的电感计算方式：

• 降压（Buck）拓扑

$$ L = \frac{V_{out} \cdot (V_{in} - V_{out})}{f_{sw} \cdot \Delta I_L \cdot V_{in}} $$

• 升压（Boost）拓扑

$$ L = \frac{V_{in} \cdot (V_{out} - V_{in})}{f_{sw} \cdot \Delta I_L \cdot V_{out}} $$

• 反激（Flyback）拓扑

$$ L = \frac{V_{in} \cdot D^2}{2 \cdot f_{sw} \cdot \Delta I_L} $$
其中 $D$ 为占空比，$D = \frac{V_{out}}{V_{in} + V_{out}}$（理想情况）。

2. 电感电流纹波控制策略

电感电流纹波直接影响输出电压稳定性与EMI水平。一般建议：

  • 轻载时：$\Delta I_L \approx 30\% \sim 50\%$ of $I_{out}$
  • 重载时：$\Delta I_L \approx 20\% \sim 30\%$ of $I_{out}$
  • 高精度电源：可控制在10%以内

过大的纹波会导致输出电压波动、增加噪声，甚至引发电感饱和。

3. 工程优化技巧

在实际设计中，可采用以下优化手段：

  • 选用低DCR电感：降低传导损耗，提高整体效率。
  • 多颗电感并联：用于大电流应用，分散热量，降低单个电感的应力。
  • 使用屏蔽式电感：减少电磁辐射，提升EMC性能。
  • 考虑温度系数：高温环境下电感值可能下降，需选用温度稳定性好的磁芯材料。

4. 常见错误与规避方法

以下是新手常犯的错误及解决方案：

  • 忽略饱和电流：导致电感迅速饱和，开关管损坏。解决：查数据手册，确保 Isat > I_peak。
  • 仅凭经验选型：未进行仿真验证。解决：使用LTspice建模，观察电感电流波形。
  • 忽视寄生参数：如分布电容、漏感会影响高频性能。解决：选用高频特性好的电感型号。

5. 推荐工具与资源

以下工具可辅助电感设计：

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