瞎蒙！電源紋波大，換電感能行嗎？

硬件筆記本

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6 W6 O3 q+ |/ B' V5 f+ u. F9 v大家好，我是王工。
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那天一個(gè)同事的板子打樣回來了，測(cè)試發(fā)現(xiàn)電源的紋波很大，嘗試了很多方法，核對(duì)電路圖，PCB圖，加大電容都沒搞定，然后他就想著把電源輸出的電感給換一換，看能不能解決，問我有沒有物料，懶得去領(lǐng)。
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8 b/ S9 m1 V/ A1 n9 f9 d& i我說你再去算一下電感值對(duì)不對(duì)，他說公司反正就這幾種料，再試一下。

- h4 Z( S1 [/ h其實(shí)DC/DC電源紋波大的原因有很多，不僅可能跟設(shè)計(jì)的元件參數(shù)有關(guān)，也可能跟測(cè)試方法或者其它方面有很大關(guān)系。

所以，今天寫這篇文章有兩個(gè)目的:1、吐槽一下公司的領(lǐng)料流程。想在公司領(lǐng)個(gè)料，流程實(shí)在是太麻煩，一個(gè)流程N(yùn)多領(lǐng)導(dǎo)過，非常耗時(shí)，幾毛錢的電感，插座，DC/DC芯片都要走線上OA流程，通過審批后庫房才安排發(fā)料。所以很多人更愿意從廢板子上拆下來用，有走流程這個(gè)時(shí)間，自己早就改好了。

2、帶大家一起回顧一下基礎(chǔ)知識(shí)，DC/DC電路基本工作原理，輸出電感跟紋波的關(guān)系，以及如何計(jì)算電感值。
如下圖，一個(gè)降壓電路，它是由MOS開關(guān)管Q1、電感L1、二極管D1和電容組成。
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基本工作原理：
1、當(dāng)Q1打開，Vin給電感L1充電，流過電感L1的電流逐漸增加；
+ _  I& i( s# f7 {, S- ?4 L2、當(dāng)Q1關(guān)閉，電感L1通過負(fù)載和二極管放電，L1的電流逐漸減小。所以，BUCK電路基本工作過程，就是對(duì)電感充放電的過程。下面一起來計(jì)算一下電感：
假設(shè)開關(guān)電源的最大輸入電壓為12V，輸出電壓為5V，輸出電流為1A，最大紋波電流為300mA，f=300kHz。
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# {- {0 Y& C5 o! \5 v  `, f計(jì)算如下，其中D是占空比，VL是電感兩端的電壓。

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0 v; w; r  ~( u# ~. }& ?電感值通常要留一定的余量，一般是20%-30%，如果我們?nèi)?0%，則電感選取46.68uH，實(shí)際比較接近的電感值為47uH。

( Y( r) W+ a' T9 w) m# u  |那為什么會(huì)預(yù)留20%余量，這個(gè)余量怎么理解？
. A# z" J# T' a! g) q# _( g* [如果電感量減小了，能量?jī)?chǔ)存可能不夠，只能通過提高開關(guān)頻率來滿足負(fù)載需求，提高頻率帶來的問題是MOS管的開關(guān)損耗增加。如果電感增大了，確實(shí)可以減小電感紋波電流，從而減小輸出紋波電壓，但是DCR也會(huì)變大，飽和溫升電流會(huì)減小，同時(shí)環(huán)路動(dòng)態(tài)響應(yīng)也會(huì)變慢。所以需要折中考慮再選擇，一般推薦20%-30%。
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既然說到DCR，那咱們就一起來了解電感比較重要的兩個(gè)參數(shù)（其他沒寫到的大家感興趣可以自己搜索一下）。

DCR
7 c+ s7 l4 q5 ~英文全稱為DC Resistance，即直流電阻，可以理解成電感上串聯(lián)了一個(gè)電阻，它會(huì)直接引起電感的導(dǎo)通損耗，電感會(huì)因?yàn)橹绷麟妷禾匦远�下降，從而�?dǎo)致紋波增加。
尤其是在重載情況下，DCR熱損就很明顯。所以咱們?cè)谶x型的時(shí)候，對(duì)于DCR基本要求都是越小越好，DCR 越小，效率和溫升都會(huì)越好。
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Isat
英文全稱Saturation Current，它表示電感的飽和電流。簡(jiǎn)單說，就是管子導(dǎo)通時(shí)，電感將能量?jī)?chǔ)存起來；關(guān)斷時(shí)，將電感中儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載，以維持負(fù)載電流的持續(xù)。隨著電感電流的增加，電感量會(huì)衰減，這是由磁芯材料決定的，如果衰減過大，導(dǎo)致電感失效，電感就變成了一根導(dǎo)線，此時(shí)稱電感飽和了。我們?cè)谶M(jìn)行選型時(shí)，要確保Isat大于負(fù)載電流。所以，如上的實(shí)例還應(yīng)該包含峰值電流的計(jì)算。
Imax=Iave+△I/2=1+0.3/2=1.15A流過電感的峰值電流Isat要大于1.15A，一般建議Isat要比Imax高大約20%-30%，實(shí)際選擇的Isat要大于1.15*1.25=1.43A。

最后再提一句，推薦選用帶磁屏蔽封裝的電感，產(chǎn)生的噪聲小， emc性能也會(huì)好一些。不然就會(huì)像群里這位兄弟遇到的一樣，太離譜了。


寫在最后
都說硬件工程師越老越吃香，這句話也證明硬件也是需要積累的，王工從事硬件多年，也會(huì)不定期分享技術(shù)好文，感興趣的同學(xué)可以加微信，或后臺(tái)回復(fù)“加群”，管理員拉你加入同行技術(shù)交流群。

" {# `$ y& y; a, @( W以下兩個(gè)電路，是之前技術(shù)交流群群友發(fā)的，王工做了一個(gè)簡(jiǎn)單的分析，旨在幫助入門或轉(zhuǎn)行的同學(xué)理解學(xué)習(xí)（點(diǎn)擊圖片直接進(jìn)入）
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