簡介?

消費(fèi)類應(yīng)用是現(xiàn)代 DC/DC 變換器需求的主要驅(qū)動力。 在這類應(yīng)用中，功率電感主要被用于電池供電設(shè)備、嵌入式計算，以及高功率、高頻率的 DC/DC 變換器。了解電感的電氣特性對于設(shè)計緊湊型、經(jīng)濟(jì)型、高效率、并具備出色散熱性能的系統(tǒng)至關(guān)重要。

電感是一種相對簡單的元件，它由纏繞在線圈中的絕緣線組成。但當(dāng)單個元件組合在一起，用來創(chuàng)建具有適當(dāng)尺寸、重量、溫度、頻率和電壓的電感，同時又能滿足目標(biāo)應(yīng)用時，復(fù)雜性就會增加。

選擇電感時，了解電感數(shù)據(jù)手冊中標(biāo)明的電氣特性非常重要。 本文將提供指導(dǎo)，幫助您為解決方案選擇最佳電感，同時闡明如何在設(shè)計新型 DC/DC 變換器時預(yù)測電感性能。

電感是什么？

電感是一種電路元件，它可以在自身磁場中儲存能量。電感通過儲存將電能轉(zhuǎn)換為磁能，然后向電路提供能量以調(diào)節(jié)電流。當(dāng)電流增加，磁場就會增強(qiáng)。

圖 1 展示了電感模型。

電感是采用絕緣線繞成線圈形成的。線圈可以是不同的形狀和尺寸，也可以使用不同的芯材纏繞。

電感的大小則取決于匝數(shù)、磁芯尺寸和磁導(dǎo)率等多種因素。

圖 2 顯示了關(guān)鍵的電感參數(shù)。

表 1 顯示了如何計算電感 (L)。

表1: 計算電感(L)

下面，我們將詳細(xì)描述常見的電感參數(shù)。

磁導(dǎo)率

磁導(dǎo)率是材料響應(yīng)磁通量的能力，也表明了在施加的電磁場中有多少磁通量可以通過電感。

表2顯示了磁導(dǎo)率對磁通密度（B）的增強(qiáng)。

表 2：計算磁通密度 (B)

從表 2可以看出，磁通量的濃度取決于磁芯的磁導(dǎo)率和尺寸。

圖 3 顯示了一個沒有磁芯的線圈。

空心線圈的磁導(dǎo)率為常數(shù)值（μr air），大約等于 1。

圖 4 顯示了一個帶磁芯的電感。當(dāng)然，有磁芯時，磁場會增強(qiáng)。

不同磁芯材料的典型磁導(dǎo)率不同。

表 3 列出了三種不同芯材的磁導(dǎo)率。

表 3：磁芯磁導(dǎo)率

電感值 (L)

電感將感應(yīng)的電能存儲為磁能的能力通過電感值來體現(xiàn)。在開關(guān)輸入電壓驅(qū)動電感的同時，電感要為輸出負(fù)載提供恒定的直流電流。

表 4 顯示了電流和電感電壓之間的關(guān)系。 可以看出，電感兩端的電壓與電流隨時間的變化成正比。

表 4：計算電感壓降

首先，確定設(shè)計需要的電感范圍。要注意，電感值在整個工作條件下并不是恒定的， 它會隨著頻率的增加而變化。因此，對具有更高開關(guān)頻率的應(yīng)用，需要特殊考量。電感制造商通常在 100kHz 至 500kHz 的頻率下測試電感，因為大多數(shù) DC/DC 變換器都在此范圍內(nèi)工作。

電阻 (R)

電感的電流電阻會導(dǎo)致散熱，從而影響效率。總銅損中包含了 RDC?損耗和RAC?損耗。 RDC?與頻率無關(guān)，始終恒定；RAC?則取決于頻率。

表 5 顯示計算 RDC的方法。

表 5：計算銅線 RDC

降低銅損的唯一方法是增大導(dǎo)線面積，即改用較粗的導(dǎo)線，或使用扁線。采用扁線可以使繞組窗口被完全利用，從而帶來較低的 RDC。

表 6 所示為圓線與扁線的橫截面積比較。

表 6：圓形與扁線的橫截面積比較

表 7對圓線和扁線的特性進(jìn)行了比較。

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