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电感作为重要的磁性元件，被广泛应用于电力电子线路及电源电路中。如在开关电源设备输入和输出端的滤波，射频电路的阻抗匹配等。电感在电子线路中主要的作用有：储能、滤波、扼流、谐振、匹配等。而在电源电路中，由于高压大电流的能量传递、输入输出端的滤波及buck/boost电路中储能，所以多用功率电感。功率电感在设计时因开关电源的拓扑方式、设计方式各有要求，且电感器设计涵盖了电磁理论，磁性材料以及安规等诸多方面的知识，设计相对困难。因此要求设计者需对电路(电感)工作情况和如：电流、电压、频率、温升等相关参数要求及材料特性有清晰全面的了解，才能作出最合理的设计。 电感的分类 电感器以其应用环境、产品结构、形状、用途等可分为不同种类，通常电感器设计是以用途及应用环境作为出发点而开始的。在开关电源中以其用途不同，电感器可分为： 电感的原理 电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生成此磁通的电流之比。 ①当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化； ②当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉第电磁感应定律：电路中变化的磁通量会产生感应电动势，此感应电势相当于一个“新电源”，当形成闭合回路时，就会产生感应电流； ③由楞次定律可知：感应电流在回路中产生的磁通总是阻碍原磁通量的变化。当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场，当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生电磁感应现象称为自感，因线圈本身电流的变化而产生的电动势，称为“自感电动势”。 由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量，是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。 电感量的计算公式 电感量：是指聚合电感磁力线的能力，单位用亨利，“H”表示 电感主要参数意义 DC-DC转换电路外围电感选型需要考虑以下几个参数：电感量L，自谐频率f0,直流电阻DCR，交流电阻RAC，饱和电流Isat，温升电流Irms。 电感量L：L越大，储能能力越强，纹波越小，所需的滤波电容也就小。但是L越大，通常要求电感尺寸也会变大，DCR增加，导致DC-DC效率降低，相应的电感成本也会增加； 自谐频率f0：由于电感中存在寄生电容，使得电感存在一个自谐振频率。超过此f0是，电感表现为电容效应，低于此f0，电感才表现为电感效应（阻抗随频率增大而增加）； 直流电阻DCR：指产品电极之间所用漆包线的总的直流电阻，根据W=I2R，DCR可造成能量损耗， 降低DC-DC效率，也是导致电感发热的主要原因； 交流电阻RAC：指电感量在指定频率下的电阻值，主要由电感线圈的直流电阻（交流下的集肤效应）、磁芯损耗以及介电损耗等组成，RAC越大，Q值越小； 饱和电流Isat：通常指电感量下降30%时对应的DC电流值； 温升电流Irms：通常指是电感表面温度上升40℃时的等效电流值； DC-DC电感选型步骤 1、根据DC-DC的输入输出特性计算所需的最小电感量 (1)对于Buck型DC-DC转换电路，最小电感值计算公式如下：
其中：Vin：输入电压 Vout：输出电压Fs：开关频率 ΔI：电感峰值电流 通常ΔI取额定电流Irat的"1/2"，则上述公式变化如下： (2)对于Boost型DC-DC转换电路，最小电感值计算公式如下 (3)DC-DC转换电路流过的最大电流Imax，按照ΔI取额定电流Irat的50%,计算公式如下： 2、选择合适的电感 ①根据电感的精度，计算出有一定裕量的电感值； 例如：对于精度为20%的电感，若设计裕量为5%，则所需的电感为L=(1+20％+5％) ×Lmin=1.25×Lmin； ②确定我们所需的电感比计算出的电感L稍大的标称电感； 举例：有一设备使用Boost型DC-DC，输入电压4.2V，开关频率1.2MHZ，输出电流500mA，输出电压5V，则其DC-DC所需的电感 则：L=2.24μH×1.25=2.8μH 比2.8μH稍大的标称电感为3.3μH，所以DC-DC外部电感选用3.3μH电感。 ③确定确认所选择电感的饱和电流Isat要大于Imax，温升电流要大于输出电流； 则举例中的电流要求Imax=Iout+1/2×ΔI=Iout+1/4×Iout=1.25×Iout=1.25×0.5A=0.625A 综上：举例中的电感选用电感量为3.3μH、且饱和电流大于0.625A的功率电感，则可对应顺络型号为MPH252012C3R3MT的叠层功率电感； 3、总结 在给定的的标称电感下，考虑以下限制因素最终决定电感的选型： ①电感自谐频率f0需是开关频率Fs的10倍以上； ②饱和电流Isat和温升电流Irms中的电流较小值进行设定 回路中的额定电流，且是额定电流Irate的1.5倍以上；如图所示： ③大电流区，DCR起决定性作用，DCR越大，转换效率越低； 小电流区，RAC起决定性作用，RAC越小，转换效率越高；因此DCR、RAC越小越好； ④叠层电感比绕线电感的散热性好、ESR值更小、成本较低，但耐电流比绕线电感小； ⑤选择带磁屏蔽(屏蔽罩或磁性胶水涂覆)的电感可有效改善EMI； ⑥电感太大或太小可能会改变buck/boost电路的工作模式：电感过小则导致输出纹波大，电感过大则影响动态响应； ⑦电感饱和会导致电流急剧增加，使电感温度升高，并影响其它元件的寿命； ⑧电感的尺寸：同等标称电感量，尺寸的大小直接影响选材的成本； ⑨电感的交流参数都是在频率100K的正弦波下所测的，在实际应用中需要通过实测来确认电感是否适合。
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