Part 01前言

在DCDC电源设计中，一个看似简单却至关重要的参数——电流纹波率r，它会影响着DCDC的工作模式、元器件选型、系统效率，电磁干扰。接下来我们就聊一聊电流纹波率r。

 

什么是电流纹波率r?

电流纹波率，通常用字母r表示，它的定义是流经电感的交流纹波电流的峰峰值与直流平均电流之比。它是一个无量纲的参数，啥是无量纲？直白点就是这玩意没有单位，它就是电感电流中交流分量相对于直流分量的比例。

ΔiL是电感电流的峰峰值，Idc是电感电流平均值，如果Iac是电感电流的峰值，那么上面的公式可以改写成：

这个比值r是衡量电感储能与释放能量过程中电流波动程度。在理想的直流输出中，我们希望电流是恒定不变的，但由于开关管的周期性开通和关断，电感电流必然会在其平均值上下波动，这样就形成了纹波。

 

 

电流纹波率r的大小直接决定了DCDC的工作模式：

 

连续导通模式CCM:在CCM模式下，电感电流在整个开关周期内始终大于零。这意味着电感在开关周期结束时仍未完全释放其储存的能量。

断续导通模式DCM:当负载电流进一步减小，或者电感值较小，使得在一个开关周期内，电感有足够的时间将其能量完全释放，并且电流会保持在零一段时间，直到下一个开关周期到来。这种模式即为断续导通模式。

r>2

临界导通模式BCM:临界导通模式是CCM和DCM之间的边界状态。在此模式下，电感电流在一个开关周期结束时恰好下降到零，并在下一个开关周期开始时立即重新上升。

 

Part 02如何选择合适的电流纹波率r？

较小的r值，比如<0.3时，电感电流峰值和有效值RMS较低，可以减小开关管、二极管和电感的导通损耗。而且输出电压纹波较小。但是要想获得较小的r，就需要较大的电感值，导致电感尺寸增大、成本增加。而且对负载瞬态的响应速度较慢。

 

 

反过来如果r值较大，比如>0.5，就可以使用较小的电感，当然负载瞬态响应速度也更快。可以确保在更宽的负载范围内工作于CCM。但是此时较高的电流峰值会增加元器件的损耗。并且较大的纹波电流会增加输出滤波电容的压力，导致输出电压纹波增大，更容易产生EMI问题。

 

一般来说，经验值的角度r选0.3即可。

 

来源：硬件那点事

关键词： DCDC开关电源 电流纹波率