耦合电感技术的优势

 (式4)

　　使用较熟悉、较方便的参数，可根据参考文献得出式4的品质因数(FOM)9。

   (式5)

　　式5表示FOM适用于特定的占空比D范围：，其中系数k在范围内变化。

　　图4所示为整个占空比范围内，不同相数下电流纹波的减小。绘制电流纹波曲线时，假设为理想耦合，L值相同。很明显，增加耦合相数比较有利。

　　注意，对于采用分立元件的一般方案，针对给定输出电流正确增加相数是一种在成本、尺寸方面都很有优势的方法。对于在单芯片集成多个开关相的商用化集成方案，也非常具有吸引力。

　　图4也标记了一个特殊的占空比：D = 0.15，对应于实际例子V_O = 1.8V，V_IN = 12V。该条件绘制成图5所示曲线，表明耦合系数ρ = Lm/Lk对抵消电流纹波的影响。观察图4，D = 0.15时，分立电感的归一化电流纹波大约为0.5，如图5红色曲线所示。相同条件下，如果耦合系数非常低，4相耦合电感具有相同的电流纹波;随着耦合系数增大，电流纹波大幅减小，见图5。注意，电流纹波在开始下降非常快，在耦合系数较大时达到平坦，建议耦合系数大约为3至5。利用这种方法，可实现最大程度的电流纹波抵消。

设计要点

　　假设我们从采用分立电感的多相降压转换器开始设计，目标是利用耦合电感提高系统性能。如果当前的分立电感设计具有合理的电流纹波，转换器效率也满足客户要求。对于耦合系数相对实用的4相降压转换器，从式5得到的预期FOM曲线如图6所示。

　　观察图6，D确定在大约0.15，可将FOM = 4作为设计目标。图7所示为得到的电流纹波：红色曲线表示分立电感L的初始电流纹波;两条曲线表示不同耦合系数下L的电流纹波;最后两条曲线表示L/4时的电流纹波。与预期一样，D大约为0.15时，分立电感L和耦合电感L/FOM = L/4的电流纹波相当。

　　注意，根据应用的不同，目标占空比范围可能不同，所选FOM可能高于D≈0.15时的数值。对于典型设计，选择FOM = 4，其中利用50nH耦合电感代替210nH高效分立电感，如图3所示。正如预期，小得多的电感值必须满足饱和电流指标要求，所以耦合电感尺寸比传统方案小得多。选项FOM = 4也使瞬态条件下的电流摆率提高4倍，所以输出电容可减小大约4倍。

　　上述设计过程可应用到任意相数。注意，所选FOM不一定单单为了改善瞬态性能。根据应用条件和客户要求优先级的不同，可折中选择FOM，例如直接减小电流纹波，进而降低电路各处的传导损耗。例如，选择FOM = 4时，可以只将电感值降低2.6倍(同时也减小了提高的瞬态性能)，使电流纹波减小、效率提高1.5倍。

　　随着耦合电感进入不同的电源应用领域，毫无疑问将有许多不同客户从该专有技术中受益。

参考文献:

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