本系列的上一篇文章介绍了如何为降压开关稳压器选择电感器值。本周，我们将仔细研究开关模式转换器中的电感器电流，并考虑增加或减少电路电感的潜在好处。

图 1.具有电感值的降压转换器功率级仿真原理图。

让我们刷新一下。上次我们用这两张图来结束：在 LTspice 中实现的降压转换器的原理图（图 1）；以及输出电压和电感电流的仿真结果（图 2），其中包含恒定的 70 mA 负载电流作为参考。

图 2.降压转换器输出电压（顶部，红色）、电感器电流（底部，绿色）和负载电流（底部，橙色）。

输出电压和 PWM 占空比

解决这个问题后，我们来考虑一下 V OUT。我们的预期输出电压为 3.3 V，模拟电路的 V OUT为 3.26 V。占空比计算中所需的效率项是一个较小误差的- 控制波形，并且 90% 的假设值并不在所有情况下都是准确的。

无论如何，我并不真正关心为什么模拟输出电压是 3.26 V 而不是 3.3 V。正如我在有关开关模式调节的文章中所解释的那样，开关调节器无法通过预定占空比来实现调节。它们通过闭环控制实现调节，其中反馈和可调节占空比允许调节器锁定所需的输出电压。

还请记住，上一篇文章中使用的占空比公式实际上是占空比的公式：

Dmax=VOUTVIN×效率Dmax=VOUTVIN×效率

这个公式告诉我们，从 24 V 产生 3.3 V 电压时，我们永远不需要超过约 15% 的占空比。但是，在某些操作条件下，我们需要低于约 15 %的占空比：例如，如果我保持输入如果电压相同并将负载电流从 70 mA 降低至 5 mA，我需要大约 9% 的占空比才能生成 3.3 V 输出。

分析电感电流 

我们的设计目标是电感纹波电流为 30%，这意味着和电感电流应为 80.5 mA 和 59.5 mA：

\begin{array}\\ I_{L,max}=70\ mA+(0.15\times70\ mA)= 80.5\ mA \\ I_{L,min}=70\ mA-(0.15\times70\ mA)=59.5 \ mA \end{数组}

正如您从光标信息框（图 3）中看到的，我们已经非常接近了：

图 3.和电感纹波电流值。   

虽然我们使用 30% 纹波电流作为目标，但更一般的指导方针是在 20% 到 40% 之间。基于此，我们完全在可接受的范围内——我们有一个适当的电感值，如果认为有必要，这是一个很好的优化起点。

我还想评论一下当前波形的形状。这是一种不平衡的三角波，如果您搜索开关调节器电感器电流的图像，您会看到典型的波形。如果我们叠加开关控制波形（图 4），我们会立即看到导致此特性的原因：

图 4.叠加在开关调节器电感器电流波形上的开关控制波形。

正如红色轨迹所示，我们的占空比远低于 50%；因此，开启时间明显短于关闭时间。然而，电感器电流在周期的两个部分中覆盖相同的垂直距离，因此高于或低于 50% 的占空比会导致波形不平衡。

微调电感值

我们使用了一个基本公式来得出合理的电感值，但是我们应该从哪里开始呢？如果我们对 90 μH 提供的性能感到满意，我们可以称其良好并继续进行下一个设计任务。但通常情况下，还有改进的空间。 

较高电感值的好处

较高电感值的优点之一是减少输出纹波：电感器电流纹波与电感成反比，如果电路中没有其他任何改变，则更大的电感器纹波会导致更大的输出纹波。 

下图（图 5 和图 6）显示了原始电路 (L = 90 μH) 和 L = 30 μH 的修改电路的ΔI L和 ΔV OUT ；为了便于直观比较，两个轴的配置是相同的。

图 5. L = 90 μH 时电感器电流和输出电压的纹波幅度。

图 6. L = 30 μH 时电感器电流和输出电压的纹波幅度。

即使您并不特别关心 V OUT纹波，高电感器电流纹波仍然可能是不利的。它可能导致：

• 增加了有问题的 EMI 的产生。
• 由于流过电感器、开关和二极管的 RMS 电流较高，损耗较高，因此效率较低。
• 更容易进入不连续传导模式 (DCM)。

我们还没有讨论过 DCM。简而言之，当轻负载条件导致电感器电流在开关周期的一部分期间达到零时，就会发生 DCM。DCM 不受欢迎的程度，或者是否根本不受欢迎，取决于应用和转换器设计的其他方面。

较低电感值的好处

考虑到所有这些，为什么我们决定使用较低的电感值？ 

首先，我们期望低值电感器或电容器能带来非电气方面的好处：更小、更便宜的元件。此外，较低的电感（与较低的电容一样）可改善瞬态响应，这意味着转换器可以更快地适应输入电压和负载电流的变化。

下一步：选择电容器

关于开关稳压器的电感器选择主题，我们可能还有很多话要说，但我认为我们已经涵盖了重要的原则：如何读取和分析电感器电流值，以及高于或低于电感值的好处我们初的公式中的那个。在下一篇文章中，我们将探讨电容器的选择。