从0到1设计BUCK(5) | 电流纹波系数选择，功率电感计算优化指南

01、背景简述

KIND或r是一个比率，表示电感纹波电流相对于最大输出电流的占比。电感纹波电流会被输出电容过滤掉，因此会影响输出电容的选择，输出电容的纹波电流等级必须等于或大于电感纹波电流。

一般来说，电感纹波值由设计者自行决定。然而，可以使用以下准则：

对于使用低ESR输出电容（如陶瓷）的设计，可能需要高达KIND=0.3的值。当使用较高ESR的输出电容时，KIND = 0.2会产生更好的效果。

由于电感纹波电流是电流模式PWM控制系统的一部分，为了稳定的PWM操作，TPS54561DPRT芯片要求电感纹波电流应始终大于150 mA。

在一个宽输入电压调节器中，最好选择相对较大的电感纹波电流，这样可以在输入电压为最小值时提供足够的纹波电流。

02、选择电流纹波系数

参考如下(付费订阅)文章：什么是电流纹波系数r？纹波电流 ΔIL 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的？电流纹波系数 r 与 CCM、BCM 和 DCM 三种模式的关系？电流纹波系数 r 在BUCK电路正常工作中是恒定的还是变化的？电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值的原因？电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值是否有最优值呢？电流纹波系数 r 该选择0.2、0.3还是0.4，为什么呢？

03、计算功率电感值

在此设计实例中，最大输入电压为60V，输出电压为5V，最大负载电流为5A，选择KIND = 0.3，通过公式31计算得到电感值为7.6uH，最接近的标准值是7.2uH。

通过公式33和公式34计算有效值电流和峰值电流分别为5A和5.8A，重要的是，所选功率电感的有效值电流和峰值电流必须超过5A和5.8A，否则可能发生磁饱和这种开关电源设计中需要避免出现的不良现象。

WE 7447798720有效值电流额定值为6 A，饱和电流额定值为7.9 A，满足此例应用。

正如公式32所示，如果通过设计更小的纹波电流来减少输出端纹波电压，那么就需要更大的电感值。反之，选择了更低的电感值，输出端纹波电压也相对更大。

注：电感值仅是影响输出端纹波电压大小的因素之一。参考文章：

BUCK电路功率电感的取值，如何确定？(1)

BUCK电路功率电感的取值，如何确定？(2)

BUCK电路功率电感的取值，TI工程师搞错了吗？

图 0.1 TPS54561DPRT芯片参数

图 0.1所示，TPS54561DPRT芯片CURRENT LIMIT典型值为7.5A。

电感器的电流是电感器纹波电流加上输出电流。在上电、故障或瞬态负载条件下，电感器电流可能会增加，超过上面计算的电感器峰值电流5.8A水平。在瞬态条件下，电感电流可以增加到器件的开关电流极限。

因此，最保守的设计方法是选择一个饱和电流额定值等于或大于TPS54561DPRT的开关电流极限的电感器，名义上是7.5A。

这就是我们选择了饱和电流为7.9A的WE 7447798720电感器的原因。

图 0.2 TPS54561DPRT电路设计实例

图 0.2所示，TPS54561DPRT电路设计实例中L1 7447798720（品牌Wurth Elektronik，感值7.2uH，精度±30%，额定电流7.9A，饱和电流6A，DCR最大值12.8 mΩ，自谐振频率典型值31MHz，绕线式Wirewound，屏蔽Shielded）就是我们选型完成的功率电感器。