在電子電路設(shè)計(jì)中，BUCK 電路是一種常見(jiàn)且重要的降壓電路。而在 BUCK 電路里，電感的選型至關(guān)重要，尤其是電感額定電流的選擇，它直接關(guān)系到電路的穩(wěn)定性和可靠性。接下來(lái)，我們將深入探討在 BUCK 電路中如何選擇合適的電感額定電流以及具體的選型方法。
　　
　　Part 01 理解關(guān)鍵電流概念
　　我們都知道，在 BUCK 電路中，電感電流并非恒定的直流，而是帶有紋波的脈動(dòng)電流。要做好 BUCK 電源電路中電感額定電流的選型，我們需要先理解以下三個(gè)有關(guān)電流的重要概念。
　　平均電流 Iavg：對(duì)于連續(xù)導(dǎo)通模式 CCM 的 BUCK 電路，電感的平均電流等于輸出負(fù)載電流。例如，如果輸出電流為 3A，則平均電流 ≈ 3A。這是因?yàn)樵诜€(wěn)定狀態(tài)下，電感在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)存儲(chǔ)和釋放的能量達(dá)到平衡，其平均電流就等于負(fù)載所需的電流。
　　
　　峰值電流 lpeak：這是電感電流的值，由平均電流加上紋波電流的一半組成。紋波電流 Δl 可以通過(guò)公式計(jì)算：Δl = (Vin - Vout) * D / (L * fsw)，其中 Vin 是輸入電壓，Vout 是輸出電壓，D 是占空比（對(duì)于 BUCK 電路，D = Vout / Vin），L 是電感值，fsw 是開(kāi)關(guān)頻率。峰值電流 lpeak = Iavg + Δl / 2。紋波電流的存在是由于開(kāi)關(guān)管的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷，導(dǎo)致電感電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)有一定的波動(dòng)。
　　RMS 電流（Irms）：這是電感的有效電流值，反映了電流讓電感發(fā)熱的效應(yīng)。計(jì)算公式為：Irms = √(I_avg? + (Δl / √12)?)，RMS 電流通常略高于平均電流。RMS 電流考慮了電流的有效值，它與電感的發(fā)熱情況密切相關(guān)，因?yàn)殡娏鞯臒嵝?yīng)與電流的平方成正比。
　　這些電流參數(shù)都會(huì)直接影響電感的選型。如果流過(guò)電感的電流超過(guò)額定值，電感可能飽和或過(guò)熱，進(jìn)而導(dǎo)致電路出現(xiàn)問(wèn)題。例如，電感飽和會(huì)使磁芯磁導(dǎo)率急劇降低，導(dǎo)致電感值變小，紋波電流增大，甚至引發(fā)開(kāi)關(guān)器件過(guò)載。
　　Part 02 電感兩個(gè)關(guān)鍵電流的選型
　　關(guān)于電感電流，還有兩個(gè)關(guān)鍵概念需要我們理解，并且這兩個(gè)概念對(duì)于電感的選型起著決定性作用。
　　飽和電流 Isat
　　飽和電流是指當(dāng)電感電流達(dá)到該值時(shí)，電感值開(kāi)始顯著下降，通常下降到初始值的 70% - 90%。如果電感飽和，磁芯磁導(dǎo)率急劇降低，導(dǎo)致電感值變小，紋波電流增大，甚至引發(fā)開(kāi)關(guān)器件過(guò)載。

　

　　那么飽和電流該怎么選呢？依據(jù)是 Isat 應(yīng)大于電路中的峰值電流 lpeak，并且要留出一定的裕度。通常推薦 Isat ≥ 1.2 * Ipeak 到 1.5 * Ipeak。這是因?yàn)閷?shí)際電路中可能存在瞬態(tài)負(fù)載或輸入電壓波動(dòng)，導(dǎo)致峰值電流短暫增加。
　　例如，假設(shè)一個(gè) BUCK 電路，輸入電壓 12V，輸出電壓 5V，輸出電流 3A，開(kāi)關(guān)頻率 500kHz，電感值 10uH。首先計(jì)算占空比 D = 5 / 12 ≈ 0.417。紋波電流 Δl = (12 - 5) * 0.417 / (10^-6 * 500000) ≈ 0.583A。則峰值電流 lpeak = Iavg + Δl / 2 = 3 + 0.583 / 2 ≈ 3.292A。那么我們就推薦 Isat 至少為 3.292 * 1.3 ≈ 4.28A，選擇一個(gè) Isat 為 5A 的電感就比較合適了。

　　同時(shí)我們還要注意飽和類(lèi)型，之前的文章中我們講過(guò)電感有軟飽和和硬飽和之分。軟飽和如鐵氧體磁芯電感值是逐漸下降，而硬飽和如鐵粉芯下降更劇烈。如果你的 BUCK 電源紋波比較高，推薦你優(yōu)先選擇軟飽和電感以避免突發(fā)問(wèn)題。

　　RMS 電流 Irms
　　RMS 電流是基于電感溫升的額定值，通常定義為在環(huán)境溫度下導(dǎo)致電感溫升 40°C - 50°C 的電流值。它反映了電感的熱容量，也就是電感能夠承受多少熱量。如果超過(guò)此值，電感會(huì)引起過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤щ姼小?br>　　image
　　那如何選 RMS 電流呢？Irms 應(yīng)大于或等于電路中的 RMS 電流，以確保電感不過(guò)溫。通常推薦 Irms ≥ 1.2 * Irms 到 1.5 * Irms。當(dāng)然了，電感的溫升還與環(huán)境溫度、PCB 布局的好壞以及散熱條件等因素有關(guān)。
　　還接上面的例子，Irms ≈ √(3^2 + (0.583 / √12)^2) ≈ 3.01A。推薦 Irms 至少為 3.01 * 1.2 ≈ 3.61A。如果電路工作在高溫環(huán)境中，那裕度就得留得更大點(diǎn)，可以選擇 Irms 為 4A 以上的電感。
　　那怎么計(jì)算電感溫升呢？電感實(shí)際溫升 ΔT = (Lrms^2 * Rdc) * K，其中 Rdc 是電感直流電阻，K 是熱阻系數(shù)。這個(gè)公式表明，電感的溫升與 RMS 電流的平方、電感直流電阻以及熱阻系數(shù)有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以通過(guò)合理選擇電感的參數(shù)以及改善散熱條件來(lái)控制電感的溫升。