DC/DC 转换器电路设计与开发 — 选型
在上一篇《DC/DC 转换器电路设计与开发 — 类型与工作原理》中，我们介绍了 DC/DC 转换器的类型以及降压型 DC/DC 转换器和升压型 DC/DC转换器的工作原理。本文将为大家分享 DC/DC 转换器选型的三个要点，以及电感器选型的计算方法。
DC/DC 转换器选型案例
在 DC/DC 转换器选型上，根据器件的参数规格预留裕量是非常重要的。以下通过一个降压型 DC/DC 转换器选型的实际案例进行说明，选择器件为 LTC1877：
规格要求
- 输入电压：6V
- 输出电压：3V
- 负载电流：560mA
LTC1877 规格
- 输入电压范围：2.65V~10V
- 输出电压范围：0.8V~10V
- 最大输出电流：约 750mA (Vin=6V，Vout=3.3V)
然而当我们实际搭建电路时，发现后级电机转速过慢。经过排查发现，电机的负载电流比预期的要大 (瞬时电流超过 1A），导致 LTC1877 供电不足，最终不得不重新选型并返工。吸取教训后，我们改用 LT1765，它能够实现 3A 输出和裕量，并确认电机可以安全地高速旋转。从中可以看到，在选型时预留裕量的重要性。
选型时的三大关键点
输入/输出电压、最大输出电流
在选择 DC/DC 转换器时，需要确认输入和输出电压以及最大输出电流，并选择符合规格的 IC，可以优先考虑支持三个参数计一起设置和使用的设备。例如，通过如下图 (图1) 所示的 ADI 官网筛选工具，可以通过设置每个值快速筛选出符合参数的器件。
但需注意，输出电流会随输入/输出电压变化，如下图 (图2) 所示，因此必须结合数据手册中的特性图表进行详细验证。除此以外，虽然这是一项简单的检查，但在进行实际研究时，有必要阅读数据表并确认特性。特别是需要密切关注输出电流，因为输出电流值会根据同一 IC 的输入和输出的电压值而变化。下图 (图2) 显示了 LTC1877 的输入电压和输出电流之间的关系，数据表通常也包含这样的图表信息，大家在选型时可根据需要查阅参考。
最大占空比
电压也可在数据表中检查，但需要注意占空比。降压型 DC/DC 转换器的占空比可以表示为 Vout/Vin，最大占空比由 IC 决定。占空比 (D=Vout/Vin) 直接影响输出电压上限。
例如，某降压型 DC/DC 转换器最大占空比为 80%、输入电压为 5V，其无法输出高于 4V的电压。换句话说，即使输入和输出电压在规格范围内，在某些条件下也可能无法使用它们，需确认占空比限制。
封装
封装类型也是选型的关键。即使选用器件在性能方面符合规范，如果封装不适合实际组装，也不能使用。由于本次实践目标是将其安装在通用板上，因此选择了一个外部有电极的 SOP 封装 IC，并通过 DIP 转换板焊接 (QFN 等背面电极封装难以手工焊接）。因此，在选择 IC 时，不仅需要检查性能，还需要检查封装类型。另外，由于内置开关元件的 DC/DC 转换器会从设备本身产生热量，因此还需要考虑热阻值。
电感器选择
选好 DC/DC 转换器后，还需选择外围元件。FET 的选择对于控制器型 IC 非常重要，由于本次选用的是内置 FET 的 IC，因此略过此部分。在其他外围元件中，电感器对 DC/DC 转换器性能影响显著，以下重点介绍如何选择电感器。为了选择电感器，需要计算所需的电感值。降压型 DC/DC 转换器的电感值可通过以下公式计算：
其中：FSW = 开关频率；ΔIL = 电感纹波电流。从这个公式可以看出，当允许大纹波电流 ΔIL 时，可以使用一个小电感器。 但是，如下式所示，随着 ΔIL 的增加，纹波电压也会增加。
ΔVout = ESRxΔIL
其中，ESR 为输出电容器的等效串联电阻。通常将 ΔIL 设置为最大输出电流的 40% 左右，以计算所需的电感值，但也需结合数据手册中的信息进一步确认。另外，在选择电感器时，不仅要注意电感值，还需要注意电感器的额定电流，确保其满足实际需求。
总结
本文通过一个选型失败的案例，为大家总结了 DC/DC 转换器选型的三大关键——输入/输出参数验证、最大占空比及封装，并详解了电感器选型的计算方法。虽然在实际选型中需考虑更多因素，但希望上述经验能对大家有所帮助。下一篇文章将为大家介绍电路板设计的内容。
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