BUCK電路中電感的計算方法

這篇文章，通過一個設(shè)計案例，來介紹BUCK電路中電感的計算方法。 在設(shè)計之前需要提前知道四個重要參數(shù)：

01電流紋波率

電感的計算首先需要明白的概念是電流紋波率。 電流紋波率是在電源工作在CCM時所定義的一個概念，它是電感電流的交流分量與其相應(yīng)的直流分量的比值。

如上圖所示，在以往的設(shè)計經(jīng)驗中，隨著電流紋波率r的增大，電感體積以及電感量，會隨著相應(yīng)的減少。 當(dāng)r=0.4時，輸出電流紋波率和電感電感量和體積會達到一個較合適的效果。 因此下文中的電感計算中電流紋波率都會取r=0.4。

02最小占空比

第二步，確定BUCK電路中PWM波形的占空比，這個比較好理解。 BUCK電路采用了脈寬調(diào)制技術(shù)。

PWM占空比等于輸出電壓/輸入電壓。 想要設(shè)計一款輸入電壓范圍為12~24V，輸出電壓固定為5V的電源，這時可以確定最大占空比為5/12=41.6%，最小占空比為5/24=20.8%。

03負(fù)載最大電流

這一步需要預(yù)估出負(fù)載所需要的電流最大值，比如降壓后的5V需要給單片機供電，100~200ma電流即可。 如果你通過12V降壓到5V后為幾個舵機供電，這時可能需要1-2A的電流。 這個就需要根據(jù)具體應(yīng)用而定了，這里假設(shè)輸出最大電流為2A（電流值為輸出電流的平均值）。

04確定峰值電流

上一步確定了輸出電流的平均值（2A）,還需要確定輸出的峰值電流。 上文將輸出電流紋波率設(shè)置為r=0.4，則輸出峰值電流

在使用中應(yīng)避免電感出現(xiàn)飽和，電感的的額定電流需要大于輸出的峰值電流2.4A，并且需要留有余量。

05實例電感計算

選擇TI的TPS5430芯片，作為BUCK電路控制芯片，在數(shù)據(jù)手冊中可知開關(guān)管的開關(guān)頻率為500KHZ，最大輸出電流3A滿足我們的設(shè)計需求：

同時從數(shù)據(jù)手冊中找到如下公式：

上下同時除以Vin(max)，可得到如下公式：

公式中：Kind為上文中所提到的電流紋波率

Fsw為電源芯片的開關(guān)頻率

Vout(max)為電源的輸出電壓值

Iout為輸出最大電流

D為最小占空比

將已知數(shù)據(jù)代入上式，可計算出Lmin>9.8uH,因此可選擇電感量為15uH，額定電流大于2.4A的電感用于這個設(shè)計中。

06計算結(jié)果

為了方便應(yīng)用于不同的設(shè)計，將以上公式和數(shù)據(jù)在Mathcad軟件中進行計算，如下圖所示。