【導讀】作為電源界的"古早網紅，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用在幾乎所有的電子設備中，而且在當今的智能互聯時代也依然占據通信係統的C位，其熱度經久不衰。

作為電源界的"古早網紅
，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用在幾乎所有的電子設備中，而且在當今的智能互聯時代也依然占據通信係統的C位
，其熱度經久不衰。

在通信領域中，通常將高頻整流器稱為一次電源

，而將直流-直流(DC/DC)bianhuanqichengweiercidianyuan。suizhedaguimojichengdianludefazhan，yaoqiudianyuanmokuaishixianxiaoxinghua
，yinerxuyaobuduantigaokaiguanpinlvhecaiyongxindedianlutuopujiegou，zhejiuduigaopinkaiguandianyuanjishutichulegenggaodeyaoqiu。

可飽和電感是一種磁滯回線矩形比高、起始磁導率高、矯頑力小
、具(ju)有(you)明(ming)顯(xian)磁(ci)飽(bao)和(he)點(dian)的(de)電(dian)感(gan)，在(zai)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)常(chang)被(bei)當(dang)作(zuo)可(ke)控(kong)延(yan)時(shi)開(kai)關(guan)元(yuan)件(jian)來(lai)使(shi)用(yong)。由(you)於(yu)具(ju)有(you)獨(du)特(te)的(de)物(wu)理(li)特(te)性(xing)
，可(ke)飽(bao)和(he)電(dian)感(gan)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)對(dui)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)進(jin)行(xing)抑(yi)製(zhi)

，在(zai)大(da)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)輔(fu)路(lu)穩(wen)壓(ya)技(ji)術(shu)等(deng)方(fang)麵(mian)，也(ye)獨(du)具(ju)優(you)勢(shi)。

在(zai)受(shou)控(kong)的(de)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)下(xia)使(shi)用(yong)電(dian)感(gan)器(qi)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)，尤(you)其(qi)是(shi)對(dui)於(yu)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)大(da)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)而(er)言(yan)。那(na)麼(me)如(ru)何(he)確(que)保(bao)電(dian)感(gan)器(qi)在(zai)受(shou)控(kong)的(de)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)下(xia)保(bao)持(chi)運(yun)行(xing)的(de)可(ke)預(yu)測(ce)性(xing)與(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)？那(na)就(jiu)需(xu)要(yao)依(yi)據(ju)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)控(kong)製(zhi)原(yuan)理(li)對(dui)功(gong)率(lv)電(dian)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)專(zhuan)門(men)的(de)分(fen)析(xi)與(yu)測(ce)試(shi)。

womenjiangtongguoyixiliewenzhang

，congkaiguandianyuandekongzhimoshikaishi，fenxigonglvdianganqibaoheduikaiguanmoshidianyuankongzhiyunxingdeyingxiangkeyiyongnaxieshuxuefangfajinxingyuce；然後詳細講解對於對電感器飽和敏感的控製技術，如遲滯和峰值電流模式控製

，在過流保護、過壓保護和欠壓保護條件的最壞情況下，怎樣通過選擇和驗證飽和電感器，確保不會出現任何不穩定性的問題。

DC/DC轉換器的拓撲結構

DC/DC轉換器的拓撲結構包括降壓（buck）型、升壓（boost）型
、SEPIC型、反激（flyback）型、正激（forward）型以及推挽（push-pull）型。電感是開關電源的核心。DC/DC開關電源轉換器的所有拓撲結構都使用一個或多個電感來實現電壓轉換。

等效電感的定義

當(dang)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)飽(bao)和(he)電(dian)感(gan)時(shi)，取(qu)其(qi)工(gong)作(zuo)點(dian)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)，定(ding)義(yi)為(wei)等(deng)效(xiao)電(dian)感(gan)

，它(ta)與(yu)工(gong)作(zuo)在(zai)同(tong)一(yi)工(gong)作(zuo)點(dian)的(de)非(fei)飽(bao)和(he)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)感(gan)相(xiang)同(tong)，因(yin)此(ci)兩(liang)個(ge)電(dian)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)紋(wen)波(bo)。

根gen據ju這zhe一yi概gai念nian
，有you關guan實shi驗yan表biao明ming，可ke以yi使shi用yong飽bao和he電dian感gan器qi和he非fei飽bao和he電dian感gan器qi獲huo得de幾ji乎hu相xiang同tong的de工gong作zuo狀zhuang態tai。並bing且qie在zai某mou些xie情qing況kuang下xia，在zai尺chi寸cun相xiang同tong的de元yuan件jian中zhong飽bao和he電dian感gan器qi相xiang比bi較jiao非fei飽bao和he電dian感gan器qi可ke以yi獲huo得de更geng高gao的de運yun行xing效xiao率lv。

DC/DC轉換器的控製模式主要有遲滯、恒定導通時間
、恒定關斷時間、受控導通時間、電壓模式、峰值電流模式
、平均電流模式
、預測關斷時間、移yi相xiang控kong製zhi模mo式shi等deng。特te別bie地di
，遲chi滯zhi控kong製zhi和he峰feng值zhi電dian流liu模mo式shi控kong製zhi模mo式shi對dui電dian感gan器qi飽bao和he尤you為wei敏min感gan。因yin此ci
，我wo們men重zhong點dian關guan注zhu遲chi滯zhi控kong製zhi和he峰feng值zhi電dian流liu控kong製zhi模mo式shi下xia電dian感gan飽bao和he的de影ying響xiang。

遲滯控製模式

遲滯控製原理

如圖所示，紅色矩形框所示為一遲滯比較器，它有兩個閾值和
，來控製電源轉換器中MOSFET的開和關。當反饋信號大於上限閾值時MOSFET關，小於下限閾值時，MOSFET開。反饋信號波形見下圖右側。

電感L的電流流經輸出電容器C的ESR（等效串聯電阻），得到三角形的輸出電壓。在這種應用中
，我們需要一個ESR阻抗值相對容抗較大的輸出電容器。

因此，可以得出輸出電壓是在平均電壓值的基礎上進行調節的。該平均電壓值與參考電壓值的關係由分壓電阻RF1和RF2得出：V0=Vref/H



通過這種方式
，輸出電壓本質上是穩定的，因為它剛好在上下閾值之間。由此可以確定輸出電壓的紋波幅度△Vo=Req△IL。其中等效輸出電阻等於輸出電容器的ESR與負載電阻的並聯。

此外，我們還得出電感電流在上下閾值之間自動有界


，因為當反饋電壓 VFB在Vref+VHYs和Vref-VHYS兩個閾值之間有界時。由△VFB = H△Vo得出輸出電壓將在Vo+△Vo和Vo-△Vo兩個閾值之間有界
，然後根據△V0=Req△IL紋波電流自動有界。

遲滯控製：CCM（連續導通模式）和DCM（非連續導通模式）

遲滯控製的特點是開關頻率取決於輸入輸出電壓和負載電流，這裏用等效電阻  和輸出電容器的ESR表示，它還取決於電感器的等效電感。以下公式給出了CCM（連續導通模式）下的開關頻率fs,ccm

紋波電流在該工作模式下的界限為：

該值可以由遲滯窗口Vhys、等效電阻Req
、參考電壓Vref和輸出電壓V0tongguoshangshugongshidechu。ruguotiaojieshuchudianyazegaizhijihuhengding，qieyukaiguanpinlvzhiwuguan。shishishang，dangzaikebianfuzaitiaojianxiayingyongchizhitiaojieqishi，ruguoshiyongxuliuerjiguan，kenenghuijinrufeilianxudaotongmoshi。ruxiatusuoshi。

無論調節器工作在什麼模式下

，紋波電流的幅度始終保持不變。事實上，在DCM（非連續導通模式）下
，電感電流的峰值ILPK（也就是紋波電流的峰峰值）與連續導通模式下的△iLpk表達完全相同。

但是開關頻率更低，由此得出在DCM（非連續導通模式）下的開關頻率fs,dcm的表達式：

fs,ccm和fs,dcm這兩個公式的共同點就是對等效電感的依賴，即電感越低，開關頻率越高；電感越高，開關頻率越低。

實現電感的持續飽和操作

首shou先xian，在zai開kai關guan電dian源yuan設she計ji中zhong有you兩liang種zhong方fang法fa使shi用yong飽bao和he電dian感gan器qi的de方fang法fa，一yi種zhong是shi錯cuo誤wu的de，一yi種zhong是shi正zheng確que的de。錯cuo誤wu的de方fang法fa是shi，當dang選xuan擇ze一yi個ge未wei達da到dao飽bao和he狀zhuang態tai的de電dian感gan器qi時shi，取qu它ta的de電dian感gan值zhi等deng於yu線xian性xing電dian感gan標biao稱cheng電dian感gan值zhiLlin。所以我們必須把紋波電流限製在最小電流IL,min。從而
，當負載電流或輸入電壓發生變化時，電感器電流IL會增加。以這種方式選擇的飽和電感器的電感L會減小。

使用允許飽和的電感器的正確方法

上shang右you圖tu所suo示shi，取qu飽bao和he電dian感gan器qi在zai最zui大da直zhi流liu電dian流liu下xia的de等deng效xiao電dian感gan等deng於yu線xian性xing電dian感gan的de標biao稱cheng電dian感gan，如ru圖tu中zhong所suo示shi紅hong色se和he綠lv色se曲qu線xian交jiao點dian。以yi此ci來lai獲huo得de最zui大da電dian流liu時shi的de期qi望wang紋wen波bo。從cong而er，當dang電dian感gan器qi電dian流liu直zhi流liu分fen量liang因yin負fu載zai電dian流liu下xia降jiang或huo輸shu入ru電dian壓ya發fa生sheng變bian化hua而er減jian小xiao時shi，電dian感gan器qi在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia會hui去qu飽bao和he，而er其qi電dian感gan量liang和he最zui小xiao電dian流liu將jiang高gao於yu線xian性xing電dian感gan的de電dian感gan和he最zui小xiao電dian流liu。這zhe就jiu是shi選xuan擇ze飽bao和he電dian感gan器qi的de正zheng確que方fang法fa。

因此，為了獲得安全的選擇,在給定應用中，使電感工作在最大直流電流狀態下，實現電感的持續飽和。也對應了在過流保護（OCP）、欠壓保護（UVP）、過壓保護（OVP）和最高環境溫度（Tamax）等最壞情況下的直流電感電流。

選擇飽和電感器的正確方法是更好地定義去飽和電感器，針對OCP、UVP
、OVP和Tamax等(deng)最(zui)壞(huai)情(qing)況(kuang)，在(zai)調(tiao)節(jie)器(qi)中(zhong)實(shi)施(shi)相(xiang)應(ying)的(de)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)，使(shi)得(de)最(zui)壞(huai)情(qing)況(kuang)下(xia)飽(bao)和(he)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)低(di)於(yu)元(yuan)件(jian)的(de)最(zui)大(da)允(yun)許(xu)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)，核(he)心(xin)元(yuan)件(jian)溫(wen)度(du)低(di)於(yu)元(yuan)件(jian)的(de)最(zui)大(da)允(yun)許(xu)溫(wen)度(du)。

去飽和狀態下的開關頻率

在正確選擇飽和電感器工作點後，Buck電感器電流等於輸出電流。當使用飽和電流較高的非飽和線性電感器，如下圖中紅色曲線
，或者是標稱電流較高
、飽和電流較低的飽和電感器如下圖中綠色曲線，在最大電流下這兩個元件的電感值相等。即CCM模式下的線性電感器的等效電感與飽和電感器的等效電感相同，進而開關頻率相同，調節器運行沒有差異。

當處於低負載狀態，即I0,DCM時，仍然可以處於連續導通模式（CCM）或非連續導通模式（DCM），duiyingdefangchengdoushiyouxiaode。dandaozhiqubaohedianganqidedianganzhigenggao。yinci，qikaiguanpinlvgengdi，daozhigonglvzhuanhuanqideziyousunhaojiangdi。zheshiyinweikaiguanpinlvjiangdidaozhiMOSFET中的損耗降低。因此不會對轉換器運行產生負麵影響。

不同影響因素下的遲滯控製模式

延遲時間的影響

遲滯比較器的延遲時間由MOSFET的交換時間決定。遲滯控製模式下反饋電壓的幅度要大於遲滯電壓的幅度。增量取決於輸入電壓，延遲時間以及等效電感。

從(cong)而(er)，我(wo)們(men)得(de)到(dao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)峰(feng)峰(feng)值(zhi)和(he)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)峰(feng)峰(feng)值(zhi)增(zeng)加(jia)延(yan)遲(chi)時(shi)間(jian)項(xiang)，幅(fu)度(du)增(zeng)加(jia)，且(qie)都(dou)與(yu)電(dian)感(gan)值(zhi)成(cheng)反(fan)比(bi)。此(ci)外(wai)，在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)使(shi)用(yong)去(qu)飽(bao)和(he)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)有(you)益(yi)影(ying)響(xiang)。

在zai最zui大da負fu載zai電dian流liu下xia，電dian感gan相xiang同tong，因yin此ci紋wen波bo電dian流liu和he開kai關guan頻pin率lv也ye相xiang同tong。但dan是shi當dang處chu於yu低di負fu載zai電dian流liu工gong作zuo狀zhuang態tai時shi
，飽bao和he電dian感gan器qi的de電dian感gan值zhi增zeng加jia，與yu非fei飽bao和he電dian感gan器qi相xiang比bi，飽bao和he電dian感gan器qi的de紋wen波bo更geng低di，開kai關guan頻pin率lv也ye更geng低di，進jin而er損sun耗hao有you所suo降jiang低di。

寄生電感的影響

寄生電感來自於電容器本身（ESL）或印刷電路板（PCB）buju。jishengdiangandeyingxiangzaiyushikaiguanpinlvzengjia。yinweijishengdianganzaikongzhifankuixinhaozhongjinyinruliangbubianhua
，xinhaochuanguoshangxiabianjiesuoxudeshijianjianshao。yinci
，dedaoxinkaiguanpinlvfs的公式，可以用來估計寄生電感對開關電源轉換器的影響。

同樣
，我們可以清楚地看到當電感值ESL和增加時，開關頻率減小。這樣
，我們得出另一個降低開關頻率的影響因素。

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