從0到1設(shè)計(jì)BUCK(5) | 電流紋波系數(shù)選擇，功率電感計(jì)算優(yōu)化指南

01、背景簡述

KIND或r是一個(gè)比率，表示電感紋波電流相對于最大輸出電流的占比。電感紋波電流會被輸出電容過濾掉，因此會影響輸出電容的選擇，輸出電容的紋波電流等級必須等于或大于電感紋波電流。

一般來說，電感紋波值由設(shè)計(jì)者自行決定。然而，可以使用以下準(zhǔn)則：

對于使用低ESR輸出電容（如陶瓷）的設(shè)計(jì)，可能需要高達(dá)KIND=0.3的值。當(dāng)使用較高ESR的輸出電容時(shí)，KIND = 0.2會產(chǎn)生更好的效果。

由于電感紋波電流是電流模式PWM控制系統(tǒng)的一部分，為了穩(wěn)定的PWM操作，TPS54561DPRT芯片要求電感紋波電流應(yīng)始終大于150 mA。

在一個(gè)寬輸入電壓調(diào)節(jié)器中，最好選擇相對較大的電感紋波電流，這樣可以在輸入電壓為最小值時(shí)提供足夠的紋波電流。

02、選擇電流紋波系數(shù)

參考如下(付費(fèi)訂閱)文章：什么是電流紋波系數(shù)r？紋波電流 ΔIL 在BUCK電路正常工作中是恒定的還是變化的？電流紋波系數(shù) r 與 CCM、BCM 和 DCM 三種模式的關(guān)系？電流紋波系數(shù) r 在BUCK電路正常工作中是恒定的還是變化的？電流紋波系數(shù) r 在 [0, 2] 區(qū)間取值的原因？電流紋波系數(shù) r 在 [0, 2] 區(qū)間取值是否有最優(yōu)值呢？電流紋波系數(shù) r 該選擇0.2、0.3還是0.4，為什么呢？

03、計(jì)算功率電感值

在此設(shè)計(jì)實(shí)例中，最大輸入電壓為60V，輸出電壓為5V，最大負(fù)載電流為5A，選擇KIND = 0.3，通過公式31計(jì)算得到電感值為7.6uH，最接近的標(biāo)準(zhǔn)值是7.2uH。

通過公式33和公式34計(jì)算有效值電流和峰值電流分別為5A和5.8A，重要的是，所選功率電感的有效值電流和峰值電流必須超過5A和5.8A，否則可能發(fā)生磁飽和這種開關(guān)電源設(shè)計(jì)中需要避免出現(xiàn)的不良現(xiàn)象。

WE 7447798720有效值電流額定值為6 A，飽和電流額定值為7.9 A，滿足此例應(yīng)用。

正如公式32所示，如果通過設(shè)計(jì)更小的紋波電流來減少輸出端紋波電壓，那么就需要更大的電感值。反之，選擇了更低的電感值，輸出端紋波電壓也相對更大。

注：電感值僅是影響輸出端紋波電壓大小的因素之一。參考文章：

BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(1)

BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(2)

BUCK電路功率電感的取值，TI工程師搞錯(cuò)了嗎？

圖 0.1 TPS54561DPRT芯片參數(shù)

圖 0.1所示，TPS54561DPRT芯片CURRENT LIMIT典型值為7.5A。

電感器的電流是電感器紋波電流加上輸出電流。在上電、故障或瞬態(tài)負(fù)載條件下，電感器電流可能會增加，超過上面計(jì)算的電感器峰值電流5.8A水平。在瞬態(tài)條件下，電感電流可以增加到器件的開關(guān)電流極限。

因此，最保守的設(shè)計(jì)方法是選擇一個(gè)飽和電流額定值等于或大于TPS54561DPRT的開關(guān)電流極限的電感器，名義上是7.5A。

這就是我們選擇了飽和電流為7.9A的WE 7447798720電感器的原因。

圖 0.2 TPS54561DPRT電路設(shè)計(jì)實(shí)例

圖 0.2所示，TPS54561DPRT電路設(shè)計(jì)實(shí)例中L1 7447798720（品牌Wurth Elektronik，感值7.2uH，精度±30%，額定電流7.9A，飽和電流6A，DCR最大值12.8 mΩ，自諧振頻率典型值31MHz，繞線式Wirewound，屏蔽Shielded）就是我們選型完成的功率電感器。