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(cheng)1。

 

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。

 

yaozhengquedishiyongedingzhijiubixulijietamenshiruhedelaide。youyushujubiaobukenengxianshisuoyougongzuotiaojianxiadexingneng
，yinerjiuyoubiyaolejieedingzhizaibutongdegongzuotiaojianxiashiruhebianhuade。

 

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）bingjianshaoshuchudianliuwenboweibiaozhunlaijisuande。ruguoshiyongdedianganzhixiaoyujisuanjieguo
，huizengjiazhiliushuchudejiaoliuwenbo。shiyongtaidahuotaixiaodedianganzhidoukenengposhizhuanhuanqizailianxuyufeilianxuyunxingmoshizhijianbianhua。

 

公差

大多數DC-DC轉zhuan換huan器qi的de應ying用yong對dui電dian感gan公gong差cha沒mei有you特te別bie嚴yan格ge的de要yao求qiu。對dui於yu大da多duo數shu元yuan件jian來lai說shuo，選xuan擇ze標biao準zhun公gong差cha的de產chan品pin合he乎hu成cheng本ben效xiao益yi，並bing且qie能neng夠gou滿man足zu絕jue大da多duo數shu轉zhuan換huan器qi的de要yao求qiu。表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100kHz的de額e定ding值zhi。必bi須xu記ji住zhu的de是shi，隨sui著zhe頻pin率lv增zeng加jia，電dian感gan值zhi最zui終zhong會hui減jian小xiao。這zhe種zhong現xian象xiang的de原yuan因yin可ke能neng來lai自zi所suo使shi用yong鐵tie芯xin材cai料liao的de頻pin率lv滾gun降jiang特te性xing，也ye可ke能neng來lai自zi線xian圈quan電dian感gan值zhi與yu其qi分fen布bu電dian容rong共gong振zhen。由you於yu大da多duo數shu轉zhuan換huan器qi在zai50kHz~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”，但(dan)也(ye)可(ke)以(yi)指(zhi)定(ding)帶(dai)公(gong)差(cha)的(de)標(biao)稱(cheng)值(zhi)。第(di)二(er)種(zhong)方(fang)法(fa)通(tong)過(guo)給(gei)出(chu)標(biao)稱(cheng)值(zhi)或(huo)預(yu)期(qi)電(dian)阻(zu)，可(ke)能(neng)更(geng)具(ju)指(zhi)導(dao)性(xing)，但(dan)同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)不(bu)必(bi)要(yao)地(di)收(shou)緊(jin)規(gui)格(ge)
，因(yin)為(wei)產(chan)品(pin)的(de)電(dian)阻(zu)太(tai)小(xiao)總(zong)不(bu)會(hui)有(you)壞(huai)處(chu)。

 

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200kHz的de頻pin率lv下xia
，交jiao流liu電dian阻zu不bu能neng與yu直zhi流liu電dian阻zu相xiang比bi。即ji使shi高gao於yu這zhe個ge頻pin率lv，如ru果guo交jiao流liu電dian流liu不bu比bi直zhi流liu成cheng分fen大da的de話hua
，交jiao流liu電dian阻zu也ye並bing不bu構gou成cheng問wen題ti。然ran而er，如ru果guo頻pin率lv高gao於yu200-300kHz
，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.