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1 / 簡介 /

公式1是BOOST電路電感平均電流的計算方法，如下：

將電流紋波系數選擇為電感平均電流的20%~40%的情況下，BOOST電路的電感值通過公式2計算：

這里需要注意的是，r = 20% ~ 40% 電流紋波系數建議值并未考慮電感元件的“封裝尺寸”這個因素。對于BOOST電路來說，該建議值只是電感選型的起點或參考因素之一。甚至，在BOOST電路的低功耗應用中，它既不是決定電感量的唯一因素，也不是最重要的因素。此文，以TI TPS61046 器件為例，給出一種在低功耗應用中選擇電感的流程。該流程兼顧了封裝尺寸、轉換效率、穩(wěn)定性和電流限制。

2 / 電感值計算實例 /

2.1 轉換效率的限制

電感的第一個限制因素是轉換效率。

在如下穿戴設備的PMOLED應用中，顯示屏供電為12V、20mA，輸入電壓為1cell鋰離子電池。

使用公式1計算得到電感平均電流最大值為79mA：

在取 r = 0.3 的情況下，使用公式2計算得到的電感量為107uH：

此例中可用的電感量為100uH。

大多數供應商提供的電感器典型值如表2所示。單位可以是納亨（nH）、微亨（µH）和毫亨（mH）。

矛盾點在于：穿戴設備中要求電感元件的尺寸很小，100uH這么大的電感量必然對應著大DCR和小飽和電流，這又會降低轉換效率。

2.2 數據手冊(穩(wěn)定性)的限制

電感的第二個限制因素是穩(wěn)定性。

TPS61046 數據手冊提供了如表 3 所示的推薦外部元件值范圍。電感值限制在 1 µH 至 22 µH 之間。使用該范圍內的電感，TPS61046 的性能已通過仿真和臺架測試驗證。因此建議遵循表 3。

2.3 封裝尺寸的限制

第三個限制因素是電感封裝尺寸。

對于可穿戴設備中的應用，可接受的電感封裝尺寸為 1.6mm × 0.8mm × 1mm 或 2.0mm × 1.6mm × 1mm 。

如表4所示，電感供應商在這兩種封裝中所能提供的電感值是有限的。

采用這兩種封裝的電感器電感值不高于10uH。

3 / 飽和電流計算 /

選擇電感值為10uH，TPS61046工作在CCM模式，反向計算得到實際電感紋波電流為250mA；這實際超過了電感平均電流79mA的216%，也就是說電路必然工作在DCM模式。

在DCM模式中，電感峰值電流通過公式6計算；10uH對應峰值電流193mA，4.7uH對應峰值電流280mA。

確保峰值電流低于電感器的飽和電流和TPS61046的限流值。

例如，如果使用1μH電感器，峰值電流將達到610mA，高于TPS61046器件限流值600mA。因此，此應用不能使用 1 μH 電感器。

表4中的BRL1608T電感器由于飽和電流0.17A低于所需的峰值電流193mA而無法被選擇使用。

4 / 功率損耗計算 /

此例中可以選擇1.5uH或10uH電感元件。升壓轉換器的效率或功率損耗是決定哪個最優(yōu)的重要因素。

對于相同封裝大小的電感元件來說，DCR越小就意味著功率損耗也越小。但是，較大的紋波電流，將導致較大的交流損耗、磁芯損耗、導通損耗。

當升壓轉換器工作在Figure 1中的DCM狀態(tài)時，電感的直流損耗由公式7決定：

低邊、高邊MOSFET分別由公式8、9決定：

Table 5 所示，以2.0mm × 1.6mm × 1mm尺寸的VLS201610HBX系列電感器為例，10uH對應功率損耗更小。

Table 6 所示，以1.6mm × 0.8mm × 1mm尺寸的MBKK1608T系列電感器為例，4.7uH和3.3uH對應的總功率損耗基本相同。

但是，應該選擇4.7uH電感器，因為它的交流損耗更小。需要注意的是，某些電感器的交流功率損耗在數據手冊中并未提供，因此若想找到最佳元件，有必要在實際電路中對不同供應商提供的相同電感值的電感器進行比較。

5 / 小結 /

為低功率升壓轉換器選擇合適的電感器的步驟如下：

1?? 根據實際工況和電流紋波計算電感量的參考值；

2?? 電感量應該在數據手冊推薦范圍內；

3?? 根據實際應用選擇電感器封裝尺寸；

4?? 工作峰值電流應該小于電感器飽和電流、轉換器芯片限流值；

5?? 計算電感直流損耗、高邊/低邊MOSFET導通損耗，選擇直流損耗較小的電感器；

6?? 如果要在不同廠商中選擇最優(yōu)的電感器，就實際測量轉換效率。

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參考原文：TI_SLVA797_How to Select a Proper Inductor for Low Power Boost.pdf

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