BUCK电路中电感的计算方法

这篇文章，通过一个设计案例，来介绍BUCK电路中电感的计算方法。 在设计之前需要提前知道四个重要参数：

BUCK电路设计需求
输入电压范围
输出电压
输出电流
电流纹波率

01电流纹波率

电感的计算首先需要明白的概念是电流纹波率。 电流纹波率是在电源工作在CCM时所定义的一个概念，它是电感电流的交流分量与其相应的直流分量的比值。

 

如上图所示，在以往的设计经验中，随着电流纹波率r的增大，电感体积以及电感量，会随着相应的减少。 当r=0.4时，输出电流纹波率和电感电感量和体积会达到一个较合适的效果。 因此下文中的电感计算中电流纹波率都会取r=0.4。

02最小占空比

第二步，确定BUCK电路中PWM波形的占空比，这个比较好理解。 BUCK电路采用了脉宽调制技术。

PWM占空比等于输出电压/输入电压。 想要设计一款输入电压范围为12~24V，输出电压固定为5V的电源，这时可以确定最大占空比为5/12=41.6%，最小占空比为5/24=20.8%。

03负载最大电流

这一步需要预估出负载所需要的电流最大值，比如降压后的5V需要给单片机供电，100~200ma电流即可。 如果你通过12V降压到5V后为几个舵机供电，这时可能需要1-2A的电流。 这个就需要根据具体应用而定了，这里假设输出最大电流为2A（电流值为输出电流的平均值）。

04确定峰值电流

上一步确定了输出电流的平均值（2A）,还需要确定输出的峰值电流。 上文将输出电流纹波率设置为r=0.4，则输出峰值电流

在使用中应避免电感出现饱和，电感的的额定电流需要大于输出的峰值电流2.4A，并且需要留有余量。

05实例电感计算

选择TI的TPS5430芯片，作为BUCK电路控制芯片，在数据手册中可知开关管的开关频率为500KHZ，最大输出电流3A满足我们的设计需求：

同时从数据手册中找到如下公式：

上下同时除以Vin(max)，可得到如下公式：

公式中：Kind为上文中所提到的电流纹波率

Fsw为电源芯片的开关频率

Vout(max)为电源的输出电压值

Iout为输出最大电流

D为最小占空比

将已知数据代入上式，可计算出Lmin>9.8uH,因此可选择电感量为15uH，额定电流大于2.4A的电感用于这个设计中。

06计算结果

为了方便应用于不同的设计，将以上公式和数据在Mathcad软件中进行计算，如下图所示。