Part 01 前言

在DCDC電源設(shè)計(jì)中，一個(gè)看似簡(jiǎn)單卻至關(guān)重要的參數(shù)——電流紋波率r，它會(huì)影響著DCDC的工作模式、元器件選型、系統(tǒng)效率，電磁干擾。接下來(lái)我們就聊一聊電流紋波率r。

什么是電流紋波率r?

電流紋波率，通常用字母r表示，它的定義是流經(jīng)電感的交流紋波電流的峰峰值與直流平均電流之比。它是一個(gè)無(wú)量綱的參數(shù)，啥是無(wú)量綱？直白點(diǎn)就是這玩意沒(méi)有單位，它就是電感電流中交流分量相對(duì)于直流分量的比例。

ΔiL是電感電流的峰峰值，Idc是電感電流平均值，如果Iac是電感電流的峰值，那么上面的公式可以改寫(xiě)成：

這個(gè)比值r是衡量電感儲(chǔ)能與釋放能量過(guò)程中電流波動(dòng)程度。在理想的直流輸出中，我們希望電流是恒定不變的，但由于開(kāi)關(guān)管的周期性開(kāi)通和關(guān)斷，電感電流必然會(huì)在其平均值上下波動(dòng)，這樣就形成了紋波。

電流紋波率r的大小直接決定了DCDC的工作模式：

連續(xù)導(dǎo)通模式CCM:在CCM模式下，電感電流在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)始終大于零。這意味著電感在開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)仍未完全釋放其儲(chǔ)存的能量。

斷續(xù)導(dǎo)通模式DCM:當(dāng)負(fù)載電流進(jìn)一步減小，或者電感值較小，使得在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電感有足夠的時(shí)間將其能量完全釋放，并且電流會(huì)保持在零一段時(shí)間，直到下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期到來(lái)。這種模式即為斷續(xù)導(dǎo)通模式。

r>2

臨界導(dǎo)通模式BCM:臨界導(dǎo)通模式是CCM和DCM之間的邊界狀態(tài)。在此模式下，電感電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)恰好下降到零，并在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)立即重新上升。

Part 02 如何選擇合適的電流紋波率r？

較小的r值，比如<0.3時(shí)，電感電流峰值和有效值RMS較低，可以減小開(kāi)關(guān)管、二極管和電感的導(dǎo)通損耗。而且輸出電壓紋波較小。但是要想獲得較小的r，就需要較大的電感值，導(dǎo)致電感尺寸增大、成本增加。而且對(duì)負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)速度較慢。

反過(guò)來(lái)如果r值較大，比如>0.5，就可以使用較小的電感，當(dāng)然負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度也更快?？梢源_保在更寬的負(fù)載范圍內(nèi)工作于CCM。但是此時(shí)較高的電流峰值會(huì)增加元器件的損耗。并且較大的紋波電流會(huì)增加輸出濾波電容的壓力，導(dǎo)致輸出電壓紋波增大，更容易產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)值的角度r選0.3即可，下一篇文章我們就講一下如何利用r值去計(jì)算電感值。