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

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今天就聊聊開關電源選型的核心參數r=ΔIL/Iout。

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

這個r值的選擇，絕不僅僅是代入一個0.3算出一個L值那么簡單。選錯了r值，即便電感感值是對的，電源也可能出現嘯叫、動態掉電或者過熱。

1.行業潛規則：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，你會發現推薦的電感計算中，r值幾乎都被設定在30%到40%之間。

這是一個經典的舒適區，個人覺得原因如下:

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

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

但是，“通用”不代表”最優”。在特定場景下，我們需要打破這個規則，不走尋常路才行！

2.激進派：選擇大r值（r=50%~60%)

當我們將r設定得比較大，例如50%甚至60%，意味著ΔIL變大。根據公式，分母變大，計算出的電感量L就會變小。

那什么時候選大r值呢？

對于空間極度受限如手機、TWS耳機內部的電源。小感值的電感可以使用更小的封裝，且圈數少，DCR低。小電感意味著電流斜率di/dt大。當負載突然跳變，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。

當然凡事都有代價，那代價是什么？

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。過大的交流分量會導致鐵損急劇上升，電感發燙。

3.輕載時更容易進入斷續模式DCM，可能導致某些控制環路不穩或產生異響。

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

當然現在MLCC很普及了，MLCC電容具有極低的等效串聯電阻、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，這樣做雖然會增加電流波動，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。