搞懂BUCK开关电源基础理论（三）

电流纹波率

电流纹波率和大家熟知的电压纹波率是相对称的概念。电压纹波率是元器件两端的电压波动，而电流纹波率是流过元器件电流的波动，电感纹波率示意图如下图所示↓（电流纹波率＝vpp/2/vdc）。

在BUCK的开关电源拓扑中，电感的电流纹波率是重要的设计指标，我们希望电流纹波率越接近于0越好，充放电越平稳，则电源的电压纹波 EMI等参数越好。但是如果想要电流纹波率越小，那么就需要电感的储能能力越强（电感值越大），大电感的缺点就是成本高 体积大 这是非常不利于我们的工程设计的， 下图为电感感值 成本与电流纹波率相对应的大致曲线↓

曲线是呈指数下降的，在实际的工程应用中，在没有特殊的要求下，我们认为取电流纹波率为0.4是从成本 电源稳定性等角度考虑比较高性价比的点，所以在后续的计算中我们将电流纹波率取0.4。

电感的选型

流过电感的平均电流、最小电流、最大电流。

在确定CCM模式下的电流纹波率为0.4后，我们就可以画出电感的预期电流波形，如下图所示↓

流过电感的平均电流为Idc

流过电感的最大电流为Idc+(Ipp/2)

流过电感的最小电流为Idc-(Ipp/2)

在电感选型时要注意电感的最大承受电流和电感的饱和电流都要大于电感的平均电流，在工程应用下，我们通常会取 最大电流 * 1.2（少了不够，多了浪费 ）。

电感值的计算

在快速的开关下，开关的开通时间ton、开关的关断时间 toff 和 电流变化量△I都为较小的变化量。

则电感公式 U=L*di/dt 的另一种表达形式为：

Uon = L * (△Ion/Ton)；

Uoff = L * （ △Ioff / △Ton ）；

通过公式可知电流上升量和电流下降量为：

△Ion = (Uon * Ton) / L;

△Ioff = (Uoff * Toff) / L;

又知占空比公式为：

D=Ton/(Ton+Toff)=Ton/T=Ton*频率f;

通过公式可知电流上升量和电流下降量使用占空比进行表达为：

△Ion = (Uon * D ) / ( L * f );

△Ioff=[ Uoff*(1-D) ] / ( L * f );

电流纹波率公式为：

ρ = △Ion/Iout = △Ioff / Idc； （Iout 就是 Idc）

感量的计算公式，可通过电流上升量△Ion = (Uon * Ton) / L 计算，也可通过电流下降量△Ioff = (Uoff * Toff) / L 计算，下面就使用电流下降量公式做电感的计算（使用电流上升量公式做计算的结果也是相同的）。

公式△Ioff=[ Uoff*(1-D) ] / ( L * f )，使用电流纹波率的表达方式为：

ρ * Iout = [ Uoff*(1-D) ] / ( L * f );

则推导出电感计算公式：

L = [Uout*(1-D)]/(f*Iout*ρ)；(Uoff=Uout在上一篇文章中已经推导过)

在电感计算公式中，除了电感量L以外，其他的变量均已知则可求出电感具体值。

电感选型时的其他指标还包括：电感承受最大电流、电感饱和电流、电感的功率；通常这些参数我们要求留至少20%的余量。

开关的选型

在某些情况下我们所设计的BUCK降压电路的开关不会集成到开关芯片的内部，需要我们来进行选型，开关的选型最关键的参数有四个:

开关能承受的最大电压

开关能承受的最大电流

开关最高频率

开关能承受的最大功率

以上的参数应留取1-2倍的余量，后面还会更新文章实际搭建BUCK降压电路，再来详细的介绍这四个参数。