电感器不同电流纹波比例的影响

在开关调节器中，通过电感器实现瞬时储存能量，以便将输入电压转换为更高或更低的输出电压。电感器的大小取决于开关调节器的切换频率和预期的电路电流流动。

 

精准选取电感值的计算方式

如何精确选择合适的电感值？使用一个包含电感器电流纹波的通用公式即可完成。在大多数开关调节器的数据表、应用笔记以及其他解释文本中，通常推荐在名义负载工作状态下使用30%的电感器电流纹波。也就是说，在名义负载电流下，电感器电流峰值比平均电流高15%，谷值低15%。那么，为什么通常选择30%的电感电流纹波或电流纹波比（CR）作为一个良好的折中选择呢？

 

对于一个类似降压转换器的场景，适用以下公式：

此公式根据电流纹波比例CR来计算降压转换器所需的电感值L。此比率通常指定为0.3，即30%的峰值纹波。其中，D代表占空比，T为周期时间，依赖于具体的切换频率。

 

不同电流纹波会怎样？

在名义负载下，通常选择的30%纹波比例呈现红色；使用较小电感的情况以蓝色表示；而使用较大电感的情况以绿色表示。

图示展示了输出电流为3A的电路中，30%电流纹波比例的波形为红色，代表通常在开关调节器电路设计中采用的折中方案。蓝色波形的电感电流纹波为133%，绿色波形的电感电流纹波为7%。

在输出电流为名义负载部分，如1A的情形下，高电感器电流纹波将由蓝线表示。在这种模式下，每个周期内电感器的能量完全放电。这种模式称为非连续导通模式（DCM）。在此模式中，控制回路的稳定性行为会改变，导致输出电压纹波可能增加。

 

为了避免DCM，需要一定的纹波电流比例。30%的纹波电流比例是一个良好的折中选择。如果纹波电流比例低，哪怕是在部分负载下，系统主要也是在连续电流导通模式（CCM）下运作。电路因此可以针对该模式进行优化。

 

纹波电流比例过高会怎样？

若纹波电流比例高于30%，电感器会更小，因此造价更低。不幸的是，峰值电流大幅上升，会产生比必需的典型电路更多的电磁干扰（EMI）。此外，只有在更高的负载电流下，才能达到连续导通模式（CCM）。这可能不是问题，但这种模式下的操作行为会改变，必须在电路设计中予以考虑。与低电流纹波比相比，输出电压纹波也会增加。

 

纹波电流比例过低又会如何？

对于低于30%的低纹波电流比例，电感器会变大，相应的造价也更贵。由于能量存储装置的尺寸较大，负载瞬态响应也会变慢。例如，如果高负载电流迅速切断，电感器中储存的能量必须有去处，这会增加输出电容（COUT）上的电压。电感器中的能量越多，输出电压超出的幅度也越大。这种超额电压可能会损坏供电回路。

 

综合权衡不同电流纹波比例的优缺点后，大约30%的值似乎对于大多数应用来说是一个不错的折中。然而，在某些情况下允许偏差，只要结果影响可以接受。