1. 背景簡述

開關(guān)電源（或開關(guān)穩(wěn)壓器）能夠?qū)⑤斎腚妷恨D(zhuǎn)換為更高或更低的輸出電壓。對開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稍微了解即可知道，功率電感是開關(guān)電源中必不可少的元件之一。大部分開關(guān)穩(wěn)壓器規(guī)格書、應(yīng)用筆記和技術(shù)文檔中，在進(jìn)行電感元件選型時都建議將電流紋波系數(shù) r 取值為0.3 。

那么，為何在多數(shù)應(yīng)用中 r = 0.3 會是不錯的選擇呢？

此文，嘗試從電流紋波系數(shù) r 的定義開始，重新認(rèn)識該參數(shù)；分析為什么 r 的可取范圍是 [0, 2] ；分析為什么最終 r 實(shí)際都在 [0.2, 0.5] 之間取值；分析最終取值0.2或0.3這兩個數(shù)值的考量因素或目的是什么…

2. 什么是電流紋波系數(shù) r ？

電流紋波系數(shù)（Inductor Current Ripple Ratio） r 是指流過電感器電流的紋波電流或峰峰值電流與直流電流的比值，公式化表達(dá)如下所示：

其中，r 是電流紋波系數(shù)，?I_L 是電感的紋波電流或峰峰值電流，I_(L,DC) 是電感的直流電流，I_(L,AC) 是電感的交流電流（定義為紋波電流的一半）。因?yàn)殡姼械闹绷麟娏?I_(L,DC) 在數(shù)值上是始終等于負(fù)載電流的，因此上述電流紋波系數(shù)定義式又可以表示如下：

其中，I_(OUT,MAX) 是負(fù)載電流最大值。

3. 什么時候需要用到電流紋波系數(shù) r ？

如前所述：功率電感是開關(guān)電源中必不可少的元件之一。在BUCK電路設(shè)計(jì)中，功率電感（Power Inductor）的感值（Inductance）決定于輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、開關(guān)頻率FSW和紋波電流 ?I_L ，如下所示：

參考公式(0.2)，其中的紋波電流 ?I_L 又可以使用電流紋波系數(shù) r 和最大負(fù)載電流表示如下：

那么，功率電感最小值又可以表示如下：

因此，我們在進(jìn)行BUCK電路設(shè)計(jì)中的電感選型時，就需要確定電感的電流紋波系數(shù) r 這個參數(shù)。另外，如圖 0.1所示，電流紋波系數(shù) r 還會影響RMS電流和功率損耗。

圖 0.1 電流紋波系數(shù) r 還會影響RMS電流和功率損耗