在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DCDC 電路無(wú)疑是最為常見(jiàn)的電路類(lèi)型之一，其中 Buck 電路的應(yīng)用尤為廣泛。在 DCDC - BUCK 電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電感的選型至關(guān)重要。接下來(lái)，我們將深入探討 DCDC - BUCK 電路中電感選型的關(guān)鍵要點(diǎn)。

圖 1 DCDC - BUCK 電路

一、電感選型的關(guān)鍵參數(shù)

在進(jìn)行 BUCK 電路電感選型時(shí)，有兩個(gè)最為重要的參數(shù)需要關(guān)注，即電感值和電感電流。電感電流通常有兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)值。
一是飽和電流（Isat），它是指當(dāng)電感值下降到初始值的 30%（不同廠家的定義可能有所差異，一般在 10% - 30% 之間）時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流。在 DCDC 電路中，電感電流的瞬間值絕對(duì)不能超過(guò)這個(gè)飽和電流，否則電感的性能會(huì)受到嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致電路故障。
二是溫升電流（Irms），也就是在給電感施加電流后，電感產(chǎn)品自身溫度升高不超過(guò) 40 度時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流。在 DCC 電路中，電感電流的有效值不能超過(guò)這個(gè)溫升電流，以確保電感在正常工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

二、電感值的計(jì)算方法

電感值的計(jì)算公式為：Lmin = (Vin - Vout) * Vout / (△I * f * Vin) ，此公式適用于同步 BUCK 電路，若為異步 BUCK 電路，則需要加入二極管的電壓。具體的計(jì)算步驟如下：

1. 確認(rèn)輸出電流 Iout：這是計(jì)算電感值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后續(xù)的計(jì)算都將圍繞這個(gè)參數(shù)展開(kāi)。
2. 確認(rèn)電感值：根據(jù)上述公式計(jì)算 Lmin，一般來(lái)說(shuō)，△I（即紋波電流 Ipp）取最大輸出電流 Iout 的 20% - 30%，f 為 DCDC 開(kāi)關(guān)頻率。
3. 選取合適的電感值 L：根據(jù)計(jì)算得到的 Lmin 選取電感值 L，通常會(huì)略選大一點(diǎn)，以確保電感能夠在電路中穩(wěn)定工作。
4. 計(jì)算紋波電流△I 和最大電流 Imax：通過(guò)前面的公式計(jì)算出△I，然后根據(jù) Imax = Iout + 1/2 △I 計(jì)算出最大電流 Imax。同時(shí)，要確保電感的飽和電流大于 Imax。
5. 確認(rèn)電感的關(guān)鍵電流參數(shù)：不僅要確認(rèn)電感的飽和電流大于 Imax，還要保證溫升電流大于 Iout。

圖 2 電感電流參數(shù)

三、輸出電流 Iout 的取值探討

在上述計(jì)算過(guò)程中，有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要深入探討，即 Iout 到底應(yīng)該取多少。是 DCDC 芯片的最大輸出電流能力，還是實(shí)際工作過(guò)程中真正使用的最大電流呢？
筆者認(rèn)為，應(yīng)該取 DCDC 芯片的最大輸出電流能力。例如，對(duì)于一個(gè) 2A 的 DCDC 芯片，這里的 Iout 就應(yīng)該取 2A。理由如下：假設(shè)實(shí)際需要用到 2A 電流，與芯片的能力相同，那么無(wú)論取芯片電流能力還是實(shí)際使用電流，按照公式計(jì)算得到的電感值是相同的，使用這個(gè)電感可以設(shè)計(jì)出輸出 2A 的 DCDC 電路。此時(shí)，如果用這個(gè)電路接入 500mA 的負(fù)載，即實(shí)際輸出電流是 500mA，電路依然可以正常工作。
從公式可以看出，電感值 L 與輸出電流 Iout 成反比。如果按照實(shí)際電流計(jì)算，當(dāng)接入小負(fù)載時(shí)，比如 200mA，算得的 L 值將是 2A 時(shí)的 10 倍。電感值增大，其體積也會(huì)相應(yīng)增大，這顯然不是我們所期望的。不過(guò)，如果按照芯片能力 2A 算得的電感，當(dāng)負(fù)載比 2A 小時(shí)，DCDC 電路會(huì)比較容易進(jìn)入斷續(xù)模式（DCM），即電感電流不連續(xù)。
另外，如果按照實(shí)際輸出電流來(lái)計(jì)算電感值，電路當(dāng)然也可以工作，但如果電感太大，可能會(huì)影響輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。需要注意的是，電感值小的話(huà)，輸入輸出濾波電容的容值就要大一些。因?yàn)殡姼兄翟叫?，電感電流的峰峰值就越大，這個(gè)波動(dòng)電流需要電容進(jìn)行充放電來(lái)完成。在輸出電壓紋波同等的情況下，充放電電流變大，自然電容也需要更大的容值。

四、電感選型時(shí)電流參數(shù)的實(shí)際考量

在電感選型時(shí)，根據(jù)公式 Imax = Iout + 1/2 △I，電感的飽和電流要大于 Imax，溫升電流要大于 Iout。Iout 取芯片最大輸出能力電流，然后在實(shí)際選型時(shí)留 70% - 80% 的余量，這樣設(shè)計(jì)的電路功能通常是沒(méi)有問(wèn)題的。
然而，在實(shí)際應(yīng)用中，可能會(huì)遇到這樣的場(chǎng)景：公司最常用的 DCDC 芯片 A 的能力是 3A，但某個(gè)電路實(shí)際最大電流需求是 1A。按照上述公式來(lái)選擇電感，可能需要選擇電流為 5A 左右的電感，但實(shí)際工作中，Imax 可能只有 2A。那么，能不能選擇一個(gè) 3A 的電感呢？畢竟電流較小的電感價(jià)格便宜，體積也小。
這就需要進(jìn)行權(quán)衡了。選用 3A 的電感，電路功能應(yīng)該是沒(méi)問(wèn)題的，但在一些異常情況下，比如輸出短路，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)短路保護(hù)，從而造成故障。因?yàn)橐话?DCDC 芯片有短路保護(hù)功能，當(dāng)電流超過(guò)一定值時(shí)，芯片會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。對(duì)于 3A 的 DC - DC 芯片，短路保護(hù)電流值一般是 4 - 5A，如果電感最大工作電流過(guò)小，可能會(huì)造成電感在燒壞前還沒(méi)有啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)。

圖 3 電感選型權(quán)衡
綜上所述，如果條件允許，還是應(yīng)該按照 Imax = Iout + 1/2 △I 這個(gè)公式，Iout 取 DCDC 芯片的最大輸出能力來(lái)計(jì)算電感的相關(guān)參數(shù)。以上是筆者的一些見(jiàn)解，如有錯(cuò)誤，歡迎留言指正。