開關(guān)電源電感選型核心參數(shù)——電流紋波率r取輸出電流的20%？30%？還是50%？

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今天就聊聊開關(guān)電源選型的核心參數(shù)r=ΔIL/Iout。

這上面的公式中大部分參數(shù)都是確定的，比如輸入輸出電壓、頻率，唯獨(dú)分母里的ΔIL 是一個(gè)人為設(shè)定的自由量。這個(gè)自由量通常被定義為電流紋波率r。

這個(gè)r值的選擇，絕不僅僅是代入一個(gè)0.3算出一個(gè)L值那么簡(jiǎn)單。選錯(cuò)了r值，即便電感感值是對(duì)的，電源也可能出現(xiàn)嘯叫、動(dòng)態(tài)掉電或者過熱。

1.行業(yè)潛規(guī)則：為什么大家常選0.3～0.4？

如果你翻閱各大電源芯片廠商TI, ADl, MPS的Datasheet，你會(huì)發(fā)現(xiàn)推薦的電感計(jì)算中，r值幾乎都被設(shè)定在30%到40%之間。

這是一個(gè)經(jīng)典的舒適區(qū)，個(gè)人覺得原因如下:

·折中點(diǎn)：這是一個(gè)在電感體積（換個(gè)詞就是成本）和輸出紋波（換個(gè)詞就是性能）之間性價(jià)比最高的平衡點(diǎn)。

·峰值電流控制： 此時(shí)電感的峰值電流Ipeak = Iout ×(1 +r /2)大約是輸出電流的1.15 倍~1.2倍。這對(duì)于電感飽和電流Isat和MOSFET的電流應(yīng)力來說，是一個(gè)非常舒適的余量。

但是，“通用”不代表”最優(yōu)”。在特定場(chǎng)景下，我們需要打破這個(gè)規(guī)則，不走尋常路才行！

2.激進(jìn)派：選擇大r值（r=50%~60%)

當(dāng)我們將r設(shè)定得比較大，例如50%甚至60%，意味著ΔIL變大。根據(jù)公式，分母變大，計(jì)算出的電感量L就會(huì)變小。

那什么時(shí)候選大r值呢？

對(duì)于空間極度受限如手機(jī)、TWS耳機(jī)內(nèi)部的電源。小感值的電感可以使用更小的封裝，且圈數(shù)少，DCR低。小電感意味著電流斜率di/dt大。當(dāng)負(fù)載突然跳變，小電感能更順暢地跟隨電流需求，減小輸出電壓的下沖。小感值成本略低。

當(dāng)然凡事都有代價(jià)，那代價(jià)是什么？

1.輸出電壓紋波惡化： ΔVout = ΔIL × ESR。紋波電流大，輸出電容上的紋波電壓就大。你必須使用更昂貴的低ESR電容，如大量MLCC并聯(lián)來壓制紋波。

2.磁芯的磁通擺幅ΔB與紋波電流成正比。過大的交流分量會(huì)導(dǎo)致鐵損急劇上升，電感發(fā)燙。

3.輕載時(shí)更容易進(jìn)入斷續(xù)模式DCM，可能導(dǎo)致某些控制環(huán)路不穩(wěn)或產(chǎn)生異響。

電感體積縮小了，但MOSFET關(guān)斷時(shí)的峰值電流達(dá)到了3A +1.5A/2=3.75A，如果你的MOS管限流點(diǎn)比較低，可能觸發(fā)誤保護(hù)；同時(shí)需要在輸出端增加一顆22μF電容來吸收多出來的紋波才行。

當(dāng)然現(xiàn)在MLCC很普及了，MLCC電容具有極低的等效串聯(lián)電阻、高紋波電流承載能力且無干涸老化問題，所以咱們將r值提升至0.6甚至更高也問題不大，這樣做雖然會(huì)增加電流波動(dòng)，但能使電感體積顯著縮小30%~50%，而由此增加的電容體積微乎其微。