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今天给大家分享的是：10个DC/DC电感选型技巧总结

电感是一种相对简单的元件，它由缠绕在线圈中的绝缘线组成。但当单个元件组合在一起，用来创建具有适当尺寸、重量、温度、频率和电压的电感，同时又能满足目标应用时，复杂性就会增加。

选择电感时，了解电感数据手册中标明的电气特性非常重要。

该文主要是关于：如何选择合适的电感，以及如何在设计新型 DC/DC 变换器时预测电感性能。

一、电感是什么？

电感是一种电路元件，它可以在自身磁场中储存能量。电感通过储存将电能转换为磁能，然后向电路提供能量以调节电流。当电流增加，磁场就会增强。

下图展示了电感模型。

电感的电气模型

电感是采用绝缘线绕成线圈形成的。线圈可以是不同的形状和尺寸，也可以使用不同的芯材缠绕。

电感的大小则取决于匝数、磁芯尺寸和磁导率等多种因素。下图显示了关键的电感参数。

电感参数

下图显示了如何计算电感 (L)。

计算电感(L)

下面，我们将详细描述常见的电感参数。

二、【磁导率】

磁导率是材料响应磁通量的能力，也表明了在施加的电磁场中有多少磁通量可以通过电感。

下图显示了磁导率对磁通密度（B）的增强。

计算磁通密度 (B)

从上图可以看出，磁通量的浓度取决于磁芯的磁导率和尺寸。下图显示了一个没有磁芯的线圈。

空心线圈

空心线圈的磁导率为常数值（µr air），大约等于 1。下图显示了一个带磁芯的电感。当然，有磁芯时，磁场会增强。

带磁芯的电感

不同磁芯材料的典型磁导率不同。下图列出了三种不同芯材的磁导率。

磁芯磁导率

三、【电感值 (L)】

电感将感应的电能存储为磁能的能力通过电感值来体现。在开关输入电压驱动电感的同时，电感要为输出负载提供恒定的直流电流。

下图显示了电流和电感电压之间的关系。可以看出，电感两端的电压与电流随时间的变化成正比。

计算电感压降

首先，确定设计需要的电感范围。要注意，电感值在整个工作条件下并不是恒定的， 它会随着频率的增加而变化。

因此，对具有更高开关频率的应用，需要特殊考量。电感制造商通常在 100kHz 至 500kHz 的频率下测试电感，因为大多数 DC/DC 变换器都在此范围内工作。

四、【电阻（R）】

电感的电流电阻会导致散热，从而影响效率。总铜损中包含了 RDC损耗和 RAC 损耗。RDC 与频率无关，始终恒定；RAC 则取决于频率。

下图显示计算RDC的方法。

计算铜线 RDC

降低铜损的唯一方法是增大导线面积，即改用较粗的导线，或使用扁线。采用扁线可以使绕组窗口被完全利用，从而带来较低的 RDC。

下图所示为圆线与扁线的横截面积比较。

圆形与扁线的横截面积比较

下图为对圆线和扁线的特性进行了比较。

圆线与扁线的特性比较

使用公式可以估算电感的直流铜损 (RDC)：

估算电感的直流铜损 (RDC)

(PAC)铜损则取决于 PAC，它是由频率驱动的邻近效应和趋肤效应引起的。频率越高，PAC 铜损越高。

五、【磁芯损耗】

通常情况下，铁磁材料已可以满足磁芯电感所需的磁特性。根据磁芯材料的不同，电感的相对磁导率在 50 至 20000 之间。

当施加磁场时，这种材料的磁畴结构会产生反应；而没有磁场时，磁矩方向是随机的。当磁能量变化时，会产生磁芯损耗。磁畴沿磁场方向定向磁矩。随着磁畴的扩大和缩小，部分磁畴会卡在晶体结构中。一旦卡住的磁畴能够旋转，能量就会以热量的形式消散。

六、【纹波电流 (∆IL)】

纹波电流 (∆IL) 指一个开关周期内电流的变化量。

电感在其峰值电流范围之外可能无法正常工作。电感的纹波电流通常设计为在 IRMS的 30% 至 40% 范围之内。

下图显示了电感电流的波形。

电感电流波形

七、【额定电流 (IDC, IRMS)】

额定电流是指使电感温度升高规定的量所需的直流电流。温升 (ΔT) 不是一个标准值，但通常在 20K 至 40K 之间。

额定电流在环境温度下测量得到。其值通常在电感数据手册中提供，是最终应用的预期电流值。对于环境温度较高的应用，设计人员应选择自热温度较高的电感。

下图体现了温升与额定电流之间的关系。该曲线可用于确定任意温升对应的电流值。

电感的额定电流曲线

在一个应用中，工作温度 (TOP) 由环境温度 (TAMB) 和电感的自热值 (ΔT)决定。TOP可以通过下面公式来估算：

工作温度 (TOP)

给定额定电流是估计电感温升的最佳方法。温升还受电路设计、PCB 布局、与其他组件的接近程度以及走线尺寸和厚度的影响。电感芯体和绕组中产生的过量交流损耗也可能导致额外的热量。

如果需要较低自发热，则需选用封装尺寸较大的电感。

八、【饱和电流 (ISAT)】

饱和电流额定值是指在标称电感下降规定的百分比之前，电感可以支持的直流电流。

每个电感的参考百分比电感下降值都是唯一的。通常，制造商将该值设置在20% 到 35%之间，这会使电感的比较变得很困难。但数据手册通常会提供一条曲线，显示电感如何随直流电流变化。利用这条曲线可以衡量整个电感范围，以及它如何响应直流电流。

直流饱和电流取决于温度和电感磁性材料及其磁芯结构。不同的结构和磁芯都会影响ISAT值。

铁氧体磁芯是最常见的，其特点是具有硬饱和曲线（如下图）。确保电感不会在感量下降点之外工作至关重要；因为超过该点，感量会急剧下降，功能性也会降低。

合成塑封电感在温度变化时感量下降稳定，具有软饱和特性。由于其感量逐渐下降，因此可以为设计人员提供了更大的灵活性和更宽的工作范围。

下图显示了两条饱和曲线。蓝色曲线为典型的合成塑封电感软饱和示例；红色曲线为典型的 NiZn/MnZn 鼓芯电感硬饱和示例。

电感饱和电流曲线

小感量（或大封装尺寸）的电感可以处理更高的饱和电流。

九、【自谐振频率和阻抗】

电感的自谐振频率 (fR) 是电感与其自电容谐振的最低频率。在谐振频率之下，阻抗处于最大峰值，有效电感为零。下图显示了电感的电路模型。

电感电路模型

电感在谐振频率 (fR)之前具有电感特性（如图下图的蓝色曲线所示），因为频率增加，阻抗增高。在谐振频率下，负容抗 (XC) 等于正感抗 (XL)，其值可通过下面公式估算：

负容抗 (XC) 等于正感抗 (XL)

超过谐振频率之后（如下图中的红色曲线所示），电感则显现出阻抗减小的电容特性。超过这一点之后，电感也不会按预期工作。

显示了感量与频率之间的关系。

感量和频率之间的关系 感量和频率之间的关系

十、【选择具有高性价比的紧凑型电感】

了解了电感数据手册中每个参数的基本含义，就可以很容易地选择到够用的电感。但如果了解了每个参数中隐藏的细节，就可以为 DC/DC变换器应用选择最理想的电感，同时预测在不同条件下的系统性能。

十一、【总结】

市场上针对不同应用的电感种类花样繁多，选择一款最适合的电感不是一件容易的事。例如，感值大的电感可降低 DC 损耗并提高效率，但它们的物理尺寸更大，并且温度更高。没有一款电感是万能的，了解每个电感的参数以及不同参数之间的关系非常重要，它可以帮助设计人员确定一款电感是否适合特定的 DC/DC 应用。

关键词： 电感 DC/DC 变换器