Part 01 前言

BUCK降壓電路的核心功能是將較高的輸入電壓轉換為較低的輸出電壓。在電路中，電感作為關鍵元件，負責儲存和釋放能量，電感的電流由兩部分組成：平均直流分量 IDC和交流紋波ΔI。接下來我們詳細講解如何計算這兩部分，只有吃透了電感電流，才能理解和更好的設計BUCK電路。

Part 02  電感電流構成

BUCK電路通常包括開關MOSFET、二極管、電感和電容。其工作過程分為兩個階段：

開關導通時：輸入電壓通過電感向負載供電，電感儲存能量，電流逐漸增加。

開關關斷時：電感通過二極管向負載釋放能量，電流逐漸減小。

這種周期性開關行為使電感電流呈現鋸齒狀波形，包含穩定的直流分量和上下波動的交流紋波。

電感電流主要分為以下兩部分：

1.平均直流分量IDC

這是電感電流在一個開關周期內的平均值，通常等于負載的輸出電流Io(在連續導通模式下)。

2.交流紋波△I

這是電感電流在直流分量上下波動的峰峰值，由開關過程中的充放電引起。

接下來，我們將分別介紹這兩部分的計算方法，以下計算針對連續導通模式CCM。

Part 03  電感電流計算

1.計算平均直流分量IDC

在連續導通模式CCM下，電感電流始終大于零，其平均值等于輸出電流Io。這是因為在穩態運行時，電感通過周期性充放電將能量傳遞給負載，而電容的平均電流為零。因此：

IDC = Io

例如，若負載電流為2A，則電感電流的平均值IDC也為2A。所以我們需要注意的是，電感的平均直流分量IDC與占空比D無直接關系，僅由輸出電流決定。

2.計算交流紋波△I

交流紋波△I是電感電流在開關周期內的峰峰值，反映電流的最大變化量。其計算基于如下的公式：

將上面的改寫為離散形式，可得：

其中：

V是電感兩端的電壓

△t是電壓作用的時間

L是電感值。

在BUCK電路中，電感電壓隨開關狀態變化：

導通時：電感電壓為Vin－Vo，持續時間為

關斷時：電感電壓為－Vo，持續時間為

其中:

Vin是輸入電壓

Vo是輸出電壓

D是占空比（理想情況下D=Vo/Vin)之前的文章有介紹，感興趣可以查看。

f是開關頻率。

在穩態下，導通時的電流增量等于關斷時的電流減量，因此紋波可通過以下公式計算：

上面的公式表明，電感紋波電流大小與輸出電壓Vo、占空比D、開關頻率f和電感值L相關，而與平均電流Io無關。

Part 04  計算實例

假設BUCK電路的參數如下：

輸入電壓 Vin = 12 V;

輸出電壓Vo = 6V;

電感值L = 20μH

開關頻率f = 50kHz

輸出電流Io = 3A。

1：計算占空比D

2：計算直流分量IDC

3：計算交流紋波△I

4：確定電流范圍

電感電流在IDc 上下波動，幅度為：

最大值：

最小值：

因此，電感電流在1.5A至4.5A之間波動，平均值為3A。

以上分析我們假設電路工作在連續導通模式CCM，即電流始終大于零。若負載電流Io較小，電流可能降至零，進入不連續導通模式DCM。在DCM 下，紋波計算需考慮電流為零的時段，公式那就更為復雜了。