降压转换器也称为降压转换器，是一种
开关模式
稳压器，可有效地将直流输入电压转换为较低的直流输出电压。在本系列文章中，我们使用 LTspice 来研究开关模式电压转换器的电气行为。本文将开始探讨与电路电感器相关的设计任务和权衡。
图 1 中所示的 LTspice 原理图允许我们模拟降压转换器的功率级。要成为一个完整的转换器，我们需要添加一个反馈控制环路来调节电压。
用于仿真的降压转换器功率级电路原理图
图 1.用于仿真的降压转换器功率级电路原理图
降压转换器电感公式
德州仪器 (TI) 的应用笔记提供了以下用于计算电感器尺寸的公式：
L=VOUT×(VIN?VOUT)ΔIL×fS×VIN
每个术语都需要一些解释：
V OUT：这是您想要设计的稳压输出电压。您终可能会使用具有更高或更低输出电压的调节器，这很好，但如果您对输出电压进行重大更改，转换器可能会受益于新的电感值。
V IN：同样，我们通常期望
开关稳压器能够承受一定范围的输入电压，因此如果您的 V IN不固定，您可以选择该范围中间的某个值。
f S（开关频率）：在计算电感值之前，您必须考虑开关频率。200 kHz 到 2 MHz 之间的频率是一个合理的起点。如果您需要一些关于是否应该选择该范围的低端或高端的指导，请查看我的文章，题为“如何选择开关稳压器的频率”。
ΔI L：这表示电感电流纹波，即电感电流的峰峰值变化，如图 2 所示
降压转换器电感电流纹波
图 2.降压转换器电感器电流纹波
响应于
开关元件的开/关动作，降压转换器中的电感器电流上升和下降，延伸到负载电流（电感器电流的平均值）之上和之下。这些偏差的大小表示为电感电流纹波 (ΔI L )。
如果我们将电流纹波 (CR) 表示为预期负载电流的百分比，则建议的 CR 规格为 30%。这意味着电感器电流比预期负载电流高 15%，电感器电流比预期负载电流低 15%。
您可能会看到“负载电流”或“满载电流”等术语，而不是“预期负载电流”。我将所有这些解释为稳压器需要长期提供的负载电流。在设置 ΔI L目标时，我不会考虑异常高的瞬态电流。
计算降压转换器电感：示例
让我们看一个电感器尺寸调整的例子。我们将更改 LTspice 电路中的各种参数，以便我们真正在这里做一些新的事情。
让我们想象一下，我们的目标是接受相当高的系统电压并生成适合低功耗混合信号嵌入式系统的电压轨。我们假设标称输入电压为 24 V，所需输出电压为 3.3 V。预期负载电流为 70 mA。
开关稳压器是此类应用的，因为大的输入到输出差异只会加剧线性稳压器固有的低效率。
因为我们将为一些模拟电路供电，所以我想减少输出电压的纹波。另外，我将选择更高的开关频率（假设为 1.5 MHz），因为更高的开关频率有助于减少输出纹波。
我们还需要选择一个初始工作周期。为此，我们可以使用电路在指定输入和输出电压下所需的占空比，并按如下方式计算占空比：
Dmax=VOUTVIN×效率
效率
合理的效率近似值为 90%，因此我们的占空比约为 15%： DDmax=3.324×0.9=0.153=15.3% %
在图 3 中，我更新了原理图的开关频率和占空比。
我使用的
电容器 C 1默认值为 1 μF 。我们将在以后的文章中讨论电容器尺寸。
另请注意，我已将负载电阻替换为电流源 I LOAD。这可确保无论输出电压如何，负载电流均为 70 mA。
这是我们的电感计算：
LL1=3.3 V×(24 V?3.3 V)(0.3×70 mA)×1.5 MHz×24 V\约90.4 μH H
这是更新后的原理图：
具有电感值的降压转换器功率级仿真原理图
图 4.具有电感值的降压转换器功率级仿真原理图
降压转换器功率级的仿真
图 5 显示了通过仿真我们的新型降压转换器得到的电感电流、负载电流和输出电压。
降压转换器输出电压、电感电流和负载电流
图 5.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）
这些结果看起来不错，但还有很多细节有待检查。我们将在下一篇文章中继续讨论，我们还将考虑使用高于或低于我们通过公式确定的初始值的电感值的原因。
