在电源设计中，电容器和电感器是至关重要的无源元件，它们的选择直接影响电源的效率、稳定性、噪声、成本和尺寸。以下是选择的关键考量因素和步骤：

一、电容器选型

电容器在电源中主要用于：滤波（输入/输出）、储能、旁路、去耦、稳压。

1. 关键参数

• 容值：由目标纹波电压、负载电流和工作频率决定。
  公式：C ≥ I_load / (f_sw * ΔV) （开关电源输出电容简化计算）
• 电压额定值：至少高于实际工作电压的20%-50%（考虑浪涌）。
• ESR（等效串联电阻）：影响纹波和温升。ESR越低，损耗越小，纹波越小。
• 纹波电流能力：必须满足电路中的有效值电流要求，否则过热失效。
• 温度系数与寿命：电解电容需关注高温寿命（如105℃ vs 85℃）。

2. 常用电容类型与适用场景

3. 设计要点

• 输入滤波：电解电容（储能）+陶瓷电容（高频噪声抑制）。
• 输出滤波：陶瓷电容（高频）+低ESR电解/固态电容（中低频）。
• 去耦电容：小容量陶瓷电容靠近IC电源引脚放置（抑制高频噪声）。
• 直流偏压效应：陶瓷电容的实际容值随直流电压升高而下降（参考厂商曲线）。

二、电感器选型

电感在电源中主要用于：储能（Buck/Boost）、滤波（LC滤波器）、能量传递（变压器）。

1. 关键参数

• 电感值（L）：决定纹波电流和工作模式（CCM/DCM）。
  公式（Buck）：L ≥ (V_in - V_out) * V_out / (f_sw * ΔI * V_in)
  （其中ΔI为允许的纹波电流峰峰值）
• 饱和电流（I_sat）：电感磁芯饱和时的电流，必须 > 峰值电流。
• 温升电流（I_rms）：由线圈损耗决定，确保RMS电流不超限。
• 直流电阻（DCR）：影响效率和温升，DCR越低损耗越小。
• 自谐频率（SRF）：工作频率需远低于SRF，否则电感特性失效。

2. 电感类型与适用场景

3. 设计要点

• 开关电源储能电感：
  • 计算峰值电流和RMS电流。
  • 选型时满足：I_sat > I_peak + 20%，I_rms > 电路RMS电流。
  • 屏蔽电感（如一体成型）可减少EMI辐射。
• EMI滤波电感：
  • 需高阻抗频率覆盖噪声频段（如100kHz~1MHz）。
  • 注意磁芯材料的高频损耗（如铁氧体）。
• 效率优化：
  • DCR和磁芯损耗（Core Loss）是主要热源，参考厂商的损耗曲线。

三、协同设计与注意事项

1. 环路稳定性
   • 输出电容的ESR和电感值影响控制环路相位裕度，需通过波特图仿真验证。
2. 热管理
   • 高ESR电容/DCR电感会发热，布局时远离热敏器件。
3. 高频噪声抑制
   • 多层陶瓷电容（MLCC）需并联放置（如10uF + 0.1uF），覆盖宽频段。
4. 成本与体积权衡
   • 高性能材料（如低ESR固态电容、低DCR电感）成本高，需平衡需求。
5. 厂商工具利用
   • 使用TI WeBench、ADI PIExpert等在线工具辅助计算参数。

四、实例：Buck转换器选型流程

1. 输入：V_in=12V, V_out=5V, I_max=3A, f_sw=500kHz, ΔI=30% I_max
2. 电感计算：
   • L_min = (12-5)*5 / (0.5e6 * 0.3*3 * 12) ≈ 1.3μH
   • 选标准值1.5μH，查手册选I_sat>4.5A、I_rms>3A的屏蔽电感。
3. 输出电容计算：
   • 目标纹波ΔV=50mV → C_out ≥ ΔI / (8 * f_sw * ΔV) ≈ 5μF
   • 考虑ESR和降额，选22μF MLCC（X7R） + 100μF电解电容并联。

总结

• 电容器：优先关注ESR、纹波电流、电压降额，按功能组合类型。
• 电感器：核心参数是饱和电流、温升电流、DCR，避免磁芯饱和。
• 实战口诀：
  “电容看ESR，电感防饱和；
  高频选陶瓷，大容电解担；
  感值算纹波，峰值留余量；
  热损须验证，布局避干扰。”

建议使用SPICE仿真（如LTspice）验证设计，并通过实测纹波/温升调整参数。厂商的选型指南（如Murata、TDK、Vishay）是重要参考资源。