要(yao)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)電(dian)感(gan)
，就(jiu)需(xu)要(yao)充(chong)分(fen)了(le)解(jie)電(dian)感(gan)性(xing)能(neng)，以(yi)及(ji)想(xiang)要(yao)達(da)到(dao)的(de)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)是(shi)以(yi)怎(zen)樣(yang)的(de)方(fang)式(shi)與(yu)供(gong)應(ying)商(shang)數(shu)據(ju)表(biao)中(zhong)的(de)信(xin)息(xi)相(xiang)關(guan)聯(lian)的(de)。此(ci)文(wen)為(wei)經(jing)驗(yan)豐(feng)富(fu)的(de)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)專(zhuan)家(jia)和(he)非(fei)專(zhuan)業(ye)人(ren)員(yuan)講(jiang)解(jie)電(dian)感(gan)目(mu)錄(lu)和(he)電(dian)感(gan)的(de)重(zhong)要(yao)規(gui)格(ge)。

 

 

介紹

DC-DC轉換器的使用越來越普遍了。由於電子係統越來越小型化、移動化
、複雜化並且越來越受歡迎，功率要求也就變得多樣化了。可用的電池電壓
、要求的工作電壓、尺chi寸cun和he形xing狀zhuang要yao求qiu不bu斷duan地di在zai改gai變bian
，這zhe就jiu使shi設she備bei設she計ji人ren員yuan需xu要yao不bu停ting地di尋xun找zhao新xin的de辦ban法fa來lai解jie決jue功gong率lv轉zhuan換huan問wen題ti。產chan品pin所suo提ti出chu的de要yao求qiu往wang往wang需xu要yao通tong過guo改gai進jin性xing能neng和he縮suo小xiao尺chi寸cun來lai滿man足zu，因yin此ci優you化hua就jiu變bian得de非fei常chang重zhong要yao。對dui於yu功gong率lv轉zhuan換huan，並bing非fei所suo有you應ying用yong都dou能neng采cai用yong“一體適用”。例如，許多實際應用中都需要采用像圖1這樣的薄型元件。

 

圖1：設計輕薄的轉換器需要使用薄形電感
 

除了轉換器批量采購的市場正在增長外
，許多電路設計人員現在還會自行設計DC-DC轉換電路
，而非依賴電源專業公司，因而更多的電路設計人員可以自己選擇元件。基本的DC-DC轉zhuan換huan電dian路lu是shi非fei常chang成cheng熟shu的de技ji術shu，依yi然ran在zai緩huan慢man地di發fa展zhan
，因yin此ci專zhuan業ye作zuo者zhe可ke以yi編bian寫xie出chu實shi用yong的de輔fu助zhu設she計ji資zi料liao，設she備bei設she計ji人ren員yuan則ze可ke以yi借jie助zhu這zhe些xie材cai料liao設she計ji出chu自zi己ji的de轉zhuan換huan器qi。一yi些xie易yi於yu獲huo取qu的de軟ruan件jian也ye可ke以yi簡jian化hua這zhe些xie設she計ji的de過guo程cheng1。

 

zaiquedingdianlutuopuhou，shejideguanjianrenwuzhiyishixuanzeyuanjian。henduodianlushejichengxukeyiliechusuoyaoqiudeyuanjiancanshuzhi

，cishishejirenyuanyaocongquedingsuoxudedianganzhikaishi，zuizhongcongkeyongfanweizhongxuanzeyizhongyuanjianlaizhixinggongzuo。yongyuDC-DC轉換器的電感有各種各樣的形狀和尺寸，圖2和圖3所示為其中的兩種。為了對比不同的類型並選擇對具體應用而言合適的元件，設計人員必須正確地理解為這些電感公布的規格。

 

圖2：用扁平線繞製的E形鐵芯電感

 

圖3：采用堅固結構的磁屏蔽型模壓電感
，用於高密度電路
 

DC-DC轉換器要求

簡而言之

，DC-DC轉換器的功能就是在給定的輸入電壓下提供穩定的直流輸出電壓。要在不超出給定的負載電流範圍和/或輸入電壓範圍的前提下調節直流輸出電壓，通常都需要使用轉換器。理想情況下，直流輸出是“純淨”de
，jiwenbodianliuhuowenbodianyakongzhizaiguidingshuipingzhinei。ciwai

，jianggonglvcongdianyuanchuanshudaofuzaideguochengyebixushixianguidingdexiaolvjibie。yaoshixianzhexiemubiao，gonglvdiangandexuanzeshiyigezhongyaodebuzhou。

 

功率電感參數

電感性能可以用幾個數字來說明。表1一份典型的電感數據表，這些數據描述了一個用於DC-DC轉換器中的表麵貼裝功率電感。

 

表1：典型電感目錄的摘錄2

 

 

a、電感值在1MHz、0.1Vrms下測得

 

b
、Isat為電感值下降30%時的典型值

 

c、Irms為引起40℃溫升時的典型值

 

d、所有參數均在25℃下測得

 

定義

L—電感值：電感的主要功能參數

，通過轉換器設計公式計算得出，用以確定電感處理輸出功率和控製紋波電流的能力。

 

DCR—直流電阻：元件的電阻
，取決於所使用的繞線銅線的長度和直徑。

 

SRF—自諧頻率：電感線圈的電感值與其分布電容產生共振的頻率點。

 

Isat—飽和電流：通過電感時導致鐵芯飽和，致使電感值下降的電流。

 

Irms—均方根電流：連續地通過電感

，引起允許的最大溫升的電流。

 

要yao正zheng確que地di使shi用yong額e定ding值zhi就jiu必bi須xu理li解jie它ta們men是shi如ru何he得de來lai的de。由you於yu數shu據ju表biao不bu可ke能neng顯xian示shi所suo有you工gong作zuo條tiao件jian下xia的de性xing能neng

，因yin而er就jiu有you必bi要yao了le解jie額e定ding值zhi在zai不bu同tong的de工gong作zuo條tiao件jian下xia是shi如ru何he變bian化hua的de。

 

電感值（L）

電感值是實現所需電路功能的主要參數，也是大多數設計過程中第一個要計算的參數。該值是以提供一定的最小能量存儲量（或伏特-微秒容量）並bing減jian少shao輸shu出chu電dian流liu紋wen波bo為wei標biao準zhun來lai計ji算suan的de。如ru果guo使shi用yong的de電dian感gan值zhi小xiao於yu計ji算suan結jie果guo，會hui增zeng加jia直zhi流liu輸shu出chu的de交jiao流liu紋wen波bo。使shi用yong太tai大da或huo太tai小xiao的de電dian感gan值zhi都dou可ke能neng迫po使shi轉zhuan換huan器qi在zai連lian續xu與yu非fei連lian續xu運yun行xing模mo式shi之zhi間jian變bian化hua。

 

公差

大多數DC-DCzhuanhuanqideyingyongduidiangangongchameiyoutebieyangedeyaoqiu。duiyudaduoshuyuanjianlaishuo

，xuanzebiaozhungongchadechanpinhehuchengbenxiaoyi，bingqienenggoumanzujuedaduoshuzhuanhuanqideyaoqiu。biao1的電感公差為±20%
，該公差適用於大多數轉換器。

 

測試條件

■ 電壓。額定電感值應說明所采用的頻率和測試電壓。大多數目錄額定電感值是基於“小”正弦電壓。對於電感供應商來說，這是最容易實現並且最便於重複應用的方法，並且適於得出大多數應用的電感值。

 

■ 波形。正弦電壓是標準的儀表測試條件，通常它能很好地確保得到的電感值與設計公式計算出的電感值匹配。

 

■ 測試頻率。大多數功率電感在20kHz~500kHz的範圍內變化不大，因此常用的比較合適的做法是使用基於100kHzdeedingzhi。bixujizhudeshi，suizhepinlvzengjia，dianganzhizuizhonghuijianxiao。zhezhongxianxiangdeyuanyinkenenglaizisuoshiyongtiexincailiaodepinlvgunjiangtexing，yekenenglaizixianquandianganzhiyuqifenbudianronggongzhen。youyudaduoshuzhuanhuanqizai50kHz~500kHz的範圍內工作，因此100kHz是合適的標準測試頻率。當開關頻率增加到500kHz、1MHz及以上
，考慮使用基於實際應用頻率的額定值就更為重要了。

 

電阻

直流電阻（DCR）

DCR隻是電感所使用銅線的一個量度，嚴格基於銅線直徑和長度。目錄中指定的該值通常為“最大值”，danyekeyizhidingdaigongchadebiaochengzhi。dierzhongfangfatongguogeichubiaochengzhihuoyuqidianzu，kenenggengjuzhidaoxing，dantongshiyekenenghuibubiyaodishoujinguige
，yinweichanpindedianzutaixiaozongbuhuiyouhuaichu。

 

跟通常為銅材的線圈材料的電阻率一樣
，DCR也隨著溫度的變化而變化。DCR額定應考慮環境測試溫度，這是很重要的。銅電阻溫度係數約為每攝氏度+0.4%3。因此，所示的最大額定值為0.009歐的產品在85℃下相應的最大額定值為0.011歐

，隻差2毫歐
，但總變化卻有25%。預期DCR與溫度間的關係如圖4所示。

 

圖4：基於25℃下最大0.009Ω Max的預期直流電阻
 

交流電阻

此參數一般不會在電感數據表中表示，它通常不是需要考慮的問題，除非工作頻率或電流的交流成分比直流成分大。

 

由於集膚效應，大多數電感線圈的電阻隨工作頻率的增大而增大。如果交流或紋波電流相對於平均或直流電流要小，那麼DCR是一個很好的電阻損耗度量標準。集膚效應隨銅線直徑和頻率的變化而變化3
，因此
，要包含此數據，就需要給出目錄所列的每一電感的完整頻率曲線。

 

圖5：美國線規22號圓銅線的交流電阻/直流電阻
 

這對低於500kHz的大多數應用來說都是不必要的。從圖5可以看出，在低於約200kHzdepinlvxia，jiaoliudianzubunengyuzhiliudianzuxiangbi。jishigaoyuzhegepinlv，ruguojiaoliudianliububizhiliuchengfendadehua
，jiaoliudianzuyebingbugouchengwenti。raner，ruguopinlvgaoyu200-300kHz，建議的做法就是向供應商索取損耗與頻率關係的信息，作為對所公布的信息的補充。

 

如果要盡量縮小元件的尺寸，設計人員應選擇電阻盡可能大的元件。通常情況下，減小DCR意味著必須使用較粗的銅線，總體尺寸就可能比較大。因此，優化DCR選擇就是要在功率效率、元件允許的壓降和元件尺寸之間進行權衡。

 

參考

1、Switchers Made Simple,an Expert System for theAutomated Design of DC to DC Converters usingSimple Switcher Power Converters Version 4.1,National Semiconductor.

2
、Magnetics for RF,power,filter and dataapplications,p32,Coilcraft Inc, Cary,IL,USA,June2013.

3

、Reference Data for Radio Engineers 6th Edition,Howard W. Sams & Co., Inc, Indianapolis, Indiana,USA,1975.