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1、深入剖析電感電流――DC/DC電路中電感的選擇原文：FairchildSemiconductorAB-12：InsightintoInductorCurrent下載翻譯：frm（注：只有充分理解電感在DC/DC電路中發(fā)揮的作用，才能更優(yōu)的設計DC/DC電路。本文還包括對同步DC/DC及異步DC/DC概念的解釋。）本文PDF文檔下載簡介在開關電源的設計中電感的設計為工程師帶來的許多的挑戰(zhàn)。工程師不僅要選擇電感值，還要考慮電感可承受的電流，繞線電阻，機械尺寸等等。本文專注于解釋：電感上的DC電流效應。這也會為選擇合適的電感提供必要的信息。理解電感的功能電感常常被理解為開關電源輸出端中的LC濾
2、波電路中的L（C是其中的輸出電容）。雖然這樣理解是正確的，但是為了理解電感的設計就必須更深入的了解電感的行為。在降壓轉換中（Fairchild典型的開關控制器），電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端通過開關頻率切換連接到輸入電壓或GND。在狀態(tài)1過程中，電感會通過（高邊“high-side”）MOSFET連接到輸入電壓。在狀態(tài)2過程中，電感連接到GND。由于使用了這類的控制器，可以采用兩種方式實現(xiàn)電感接地：通過二極管接地或通過（低邊“l(fā)ow-side”）MOSFET接地。如果是后一種方式，轉換器就稱為“同步（synchronus）”方式。現(xiàn)在再考慮一下在這兩個狀態(tài)下流過電感的電流是如果
3、變化的。在狀態(tài)1過程中，電感的一端連接到輸入電壓，另一端連接到輸出電壓。對于一個降壓轉換器，輸入電壓必須比輸出電壓高，因此會在電感上形成正向壓降。相反，在狀態(tài)2過程中，原來連接到輸入電壓的電感一端被連接到地。對于一個降壓轉換器，輸出電壓必然為正端，因此會在電感上形成負向的壓降。我們利用電感上電壓計算公式：V=L(dI/dt)因此，當電感上的電壓為正時（狀態(tài)1），電感上的電流就會增加；當電感上的電壓為負時（狀態(tài)2），電感上的電流就會減小。通過電感的電流如圖2所示：通過上圖我們可以看到，流過電感的最大電流為DC電流加開關峰峰電流的一半。上圖也稱為紋波電流。根據(jù)上述的公式，我們可以計算出峰值電
4、流：其中，ton是狀態(tài)1的時間，T是開關周期（開關頻率的倒數(shù)），DC為狀態(tài)1的占空比。警告：上面的計算是假設各元器件（MOSFET上的導通壓降，電感的導通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降）上的壓降對比輸入和輸出電壓是可以忽略的。如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精確計算：同步轉換電路：異步轉換電路：其中，Rs為感應電阻阻抗加電感繞線電阻的阻。Vf是肖特基二極管的正向壓降。R是Rs加MOSFET導通電阻，R=Rs+Rm。電感磁芯的飽和度通過已經(jīng)計算的電感峰值電流，我們可以發(fā)現(xiàn)電感上產(chǎn)生了什么。很容易會知道，隨著通過電感的電流增加，它的電感量會減小。這是由于磁芯材料的物理特性決
5、定的。電感量會減少多少就很重要了：如果電感量減小很多，轉換器就不會正常工作了。當通過電感的電流大到電感實效的程度，此時的電流稱為“飽和電流”。這也是電感的基本參數(shù)。實際上，轉換電路中的開關功率電感總會有一個“軟”飽和度。要了解這個概念可以觀察實際測量的電感VsDC電流的曲線：當電流增加到一定程度后，電感量就不會急劇下降了，這就稱為“軟”飽和特性。如果電流再增加，電感就會損壞了。注意：電感量下降在很多類的電感中都會存在。例如：toroids，gappedE-cores等。但是，rodcore電感就不會有這種變化。有了這個軟飽和的特性，我們就可以知道在所有的轉換器中為什么都會規(guī)定在DC輸出電
6、流下的最小電感量；而且由于紋波電流的變化也不會嚴重影響電感量。在所有的應用中都希望紋波電流盡量的小，因為它會影響輸出電壓的紋波。這也就是為什么大家總是很關心DC輸出電流下的電感量，而會在Spec中忽略紋波電流下的電感量。為開關電源選擇合適的電感電感是開關電源中常用的元件，由于它的電流、電壓相位不同，所以理論上損耗為零。電感常為儲能元件，也常與電容一起用在輸入濾波和輸出濾波電路上，用來平滑電流。電感也被稱為扼流圈，特點是流過其上的電流有“很大的慣性”。換句話說，由于磁通連續(xù)特性，電感上的電流必須是連續(xù)的，否則將會產(chǎn)生很大的電壓尖峰。電感為磁性元件，自然有磁飽和的問題。有的應用允許電感飽和，
7、有的應用允許電感從一定電流值開始進入飽和，也有的應用不允許電感出現(xiàn)飽和，這要求在具體線路中進行區(qū)分。大多數(shù)情況下，電感工作在“線性區(qū)”，此時電感值為一常數(shù)，不隨著端電壓與電流而變化。但是，開關電源存在一個不可忽視的問題，即電感的繞線將導致兩個分布參數(shù)(或寄生參數(shù))，一個是不可避免的繞線電阻，另一個是與繞制工藝、材料有關的分布式雜散電容。雜散電容在低頻時影響不大，但隨頻率的提高而漸顯出來，當頻率高到某個值以上時，電感也許變成電容特性了
