【導讀】消費類應用是現代 DC/DC 變換器需求的主要驅動力。 在這類應用中
，功率電感主要被用於電池供電設備、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於設計緊湊型、經濟型、高效率、並具備出色散熱性能的係統至關重要。

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。但當單個元件組合在一起
，用來創建具有適當尺寸
、重量、溫度、頻率和電壓的電感，同時又能滿足目標應用時，複雜性就會增加。

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

電感是什麼？

dianganshiyizhongdianluyuanjian，takeyizaizishencichangzhongchucunnengliang。diangantongguochucunjiangdiannengzhuanhuanweicineng

，ranhouxiangdianlutigongnengliangyitiaojiedianliu。dangdianliuzengjia，cichangjiuhuizengqiang。tu 1 展示了電感模型。

圖1: 電感的電氣模型

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。 

電感的大小則取決於匝數
、磁芯尺寸和磁導率等多種因素。圖 2 顯示了關鍵的電感參數。

圖2: 電感參數

表 1 顯示了如何計算電感 (L)。

表1: 計算電感(L)

下麵，我們將詳細描述常見的電感參數。

磁導率

磁導率是材料響應磁通量的能力

，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顯示了磁導率對磁通密度（B）的增強。

表 2：計算磁通密度 (B)

從表 2可以看出
，磁通量的濃度取決於磁芯的磁導率和尺寸。

圖 3 顯示了一個沒有磁芯的線圈。

圖3: 空心線圈

空心線圈的磁導率為常數值（µr air），大約等於 1。

圖 4 顯示了一個帶磁芯的電感。當然
，有磁芯時，磁場會增強。

圖4: 帶磁芯的電感

不同磁芯材料的典型磁導率不同。 表 3 列出了三種不同芯材的磁導率。

表 3：磁芯磁導率

電感值 (L)

電感將感應的電能存儲為磁能的能力通過電感值來體現。在開關輸入電壓驅動電感的同時
，電感要為輸出負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係。 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
，確定設計需要的電感範圍。要注意，電感值在整個工作條件下並不是恒定的， 它會隨著頻率的增加而變化。因此
，對具有更高開關頻率的應用
，需要特殊考量。電感製造商通常在 100kHz 至 500kHz 的頻率下測試電感，因為大多數 DC/DC 變換器都在此範圍內工作。

電阻 (R)

電感的電流電阻會導致散熱，從而影響效率。總銅損中包含了 R_DC 損耗和R_AC 損耗。 R_DC 與頻率無關，始終恒定
；R_AC 則取決於頻率。表 5 顯示計算 R_DC的方法。

表 5：計算銅線 RDC

降低銅損的唯一方法是增大導線麵積，即改用較粗的導線
，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 R_DC。表 6 所示為圓線與扁線的橫截麵積比較。

表 6：圓形與扁線的橫截麵積比較

表 7對圓線和扁線的特性進行了比較。

表 7：圓線與扁線的特性比較

使用公式 (1) 可以估算電感的直流銅損 (P_DC)：

(P_AC)銅損則取決於 R_AC，它是由頻率驅動的鄰近效應和趨膚效應引起的。頻率越高
，P_AC 銅損越高。

磁芯損耗

通常情況下
，鐵磁材料已可以滿足磁芯電感所需的磁特性。根據磁芯材料的不同，電感的相對磁導率在 50 至 20000 之間。

當施加磁場時，這種材料的磁疇結構會產生反應
； 而er沒mei有you磁ci場chang時shi
，磁ci矩ju方fang向xiang是shi隨sui機ji的de。當dang磁ci能neng量liang變bian化hua時shi
，會hui產chan生sheng磁ci芯xin損sun耗hao。磁ci疇chou沿yan磁ci場chang方fang向xiang定ding向xiang磁ci矩ju。隨sui著zhe磁ci疇chou的de擴kuo大da和he縮suo小xiao
，部bu分fen磁ci疇chou會hui卡ka在zai晶jing體ti結jie構gou中zhong。一yi旦dan卡ka住zhu的de磁ci疇chou能neng夠gou旋xuan轉zhuan，能neng量liang就jiu會hui以yi熱re量liang的de形xing式shi消xiao散san。

紋波電流 (∆I_L)

紋波電流 (∆I_L) 指一個開關周期內電流的變化量。

電感在其峰值電流範圍之外可能無法正常工作。電感的紋波電流通常設計為在 I_RMS的 30% 至 40% 範圍之內。 

圖 5 所示為電感電流的波形。

圖5: 電感電流波形

額定電流 (I_DC, I_RMS)

額定電流是指使電感溫度升高規定的量所需的直流電流。溫升 (ΔT) 不是一個標準值，但通常在 20K 至 40K 之間。

額(e)定(ding)電(dian)流(liu)在(zai)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)下(xia)測(ce)量(liang)得(de)到(dao)。其(qi)值(zhi)通(tong)常(chang)在(zai)電(dian)感(gan)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)中(zhong)提(ti)供(gong)，是(shi)最(zui)終(zhong)應(ying)用(yong)的(de)預(yu)期(qi)電(dian)流(liu)值(zhi)。對(dui)於(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)應(ying)用(yong)
，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)應(ying)選(xuan)擇(ze)自(zi)熱(re)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)感(gan)。

圖 6 體現了溫升與額定電流之間的關係。該曲線可用於確定任意溫升對應的電流值。

圖6: 電感的額定電流曲線

在一個應用中
，工作溫度 (T_OP) 由環境溫度 (T_AMB) 和電感的自熱值 (ΔT)決定。T_OP 可以通過公式 (2) 來估算：

給定額定電流是估計電感溫升的最佳方法。溫升還受電路設計、PCB 布局

、與其他組件的接近程度以及走線尺寸和厚度的影響。電感芯體和繞組中產生的過量交流損耗也可能導致額外的熱量。

如果需要較低自發熱，則需選用封裝尺寸較大的電感。

飽和電流 (I_SAT)

飽和電流額定值是指，在標稱電感下降規定的百分比之前
，電感可以支持的直流電流。

每個電感的參考百分比電感下降值都是唯一的。通常，製造商將該值設置在 20% 到 35% zhijian
，zhehuishidiangandebijiaobiandehenkunnan。danshujushoucetongchanghuitigongyitiaoquxian，xianshidianganruhesuizhiliudianliubianhua。liyongzhetiaoquxiankeyihengliangzhenggedianganfanwei，yijitaruhexiangyingzhiliudianliu。

直流飽和電流取決於溫度和電感磁性材料及其磁芯結構。不同的結構和磁芯都會影響I_SAT值。

鐵氧體磁芯是最常見的

，其特點是具有硬飽和曲線（見圖 7）。確保電感不會在感量下降點之外工作至關重要
；因為超過該點，感量會急劇下降，功能性也會降低。

hechengsufengdianganzaiwendubianhuashiganliangxiajiangwending


，juyouruanbaohetexing。youyuqiganliangzhujianxiajiang，yincikeyiweishejirenyuantigonglegengdadelinghuoxinghegengkuandegongzuofanwei。

圖 7 顯示了兩條飽和曲線。藍色曲線為典型的合成塑封電感軟飽和示例；紅色曲線為典型的 NiZn/MnZn 鼓芯電感硬飽和示例。

圖7: 電感飽和電流曲線

小感量（或大封裝尺寸）的電感可以處理更高的飽和電流。

自諧振頻率和阻抗

電感的自諧振頻率 (f_R) 是電感與其自電容諧振的最低頻率。在諧振頻率之下，阻抗處於最大峰值，有效電感為零。圖 8 顯示了電感的電路模型。

圖8: 電感電路模型

電感在諧振頻率 (f_R)之前具有電感特性（如圖 9 中的藍色曲線所示），因為頻率增加
，阻抗增高。在諧振頻率下，負容抗 (X_C) 等於正感抗 (X_L), 

，其值可通過公式 (3) 估算：

超過諧振頻率之後（如圖 9 中的紅色曲線所示），電感則顯現出阻抗減小的電容特性。超過這一點之後，電感也不會按預期工作。

圖 9 顯示了感量與頻率之間的關係。

圖9: 感量和頻率之間的關係

選擇具有高性價比的緊湊型電感

了解了電感數據手冊中每個參數的基本含義
，就可以很容易地選擇到夠用的電感。 但如果了解了每個參數中隱藏的細節，就可以為 DC/DC變換器應用選擇最理想的電感，同時預測在不同條件下的係統性能。

MPS 可以提供各種功率電感，適用於電源到電源變換器的各種應用。尤其是 MPL-SE 半屏蔽式電感係列
，其外部使用電磁環氧樹脂材料，具有更好的導磁特性。

yicichengxingsufengdianganxiliezetigongruanbaohegongneng，zaigaogongzuowenduxiajuyougengwendingdexingwei。zhexieyitichengxingdedianganjuyoudizhiliuhejiaoliudianzu，keyichulidadianliu。erqie，sufengjiegouhaijiangdilejiaoliudianhemaichongbopinlvchanshengdekewenzaosheng。womenkeyigenjuyixiabiaozhunlaixuanzezuilixiangdediangan：

●   當高度受限時
，選擇薄型 MPL-AT 塑封電感係列

●   當應用需要大電流能力時
，選擇 MPL-AY 塑封電感係列

●   MPL-AL 塑封電感係列 則更適用於高效率應用

MPS 的電感和 DC/DC 電源變換器產品將為您的設計提供簡單而完善的電源解決方案。

結論

市場上針對不同應用的電感種類花樣繁多，選擇一款最適合的電感不是一件容易的事。例如，感值大的電感可降低 DC 損耗並提高效率
，但它們的物理尺寸更大，並且溫度更高。

沒有一款電感是萬能的
，了解每個電感的參數以及不同參數之間的關係非常重要，它可以幫助設計人員確定一款電感是否適合特定的 DC/DC 應用。MPS 的 半屏蔽式電感 和 一體成型電感選型工具可以幫助您找到最理想的電感。

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