當我在進行電路設計時，我發(fā)現(xiàn)一些電路設計軟件的使用，一些電路設計的方案，一些創(chuàng)新的想法，一些元器件的選型這些都是可以記錄成文，并且分享出來一起討論的。因此從本節(jié)文字開始，正式開啟電路【電路設計筆記】的更新。當然，這里的部分電路是我用了非常多年的成熟電路，一些電路是我臨時創(chuàng)新想出的未經(jīng)過驗證的電路，這些沒有被驗證的電路我會指出來，大家閱讀時如果發(fā)現(xiàn)有問題也希望不吝指出。

對于一個精通經(jīng)驗的嵌入式工程師來說，感性器件是永遠繞不過的一道坎。其中感性元器件的代表就是電感，高頻變壓器和電機。電機的話題太過于復雜，我們暫時先不講，今天的話題先來聊聊工作在開關電源中的電感和高頻變壓器。

電源能量比的增加曾幾何時，我們?nèi)粘ｋ娮釉O備中的適配器又大又重，這些笨重的充電器和適配器雖然看著比較嚇人，但是它們的功率往往只有 5W，9W 左右。這種能量比非常低的老式適配器它的名字為“線性電源適配器”。

而近些年開關電源的大量使用，這種笨重的電源適配器除了某些特殊需求時才會被用到，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，基本已?jīng)見不到它們的蹤影。取而代之的，是一個又一個小巧，功率大的開關電源適配器。

之所以現(xiàn)在的開關電源可以做到非常大的能量 / 體積比，其中功不可沒的就是變壓器和磁性元件的改善?？梢宰鰝€比喻使用線性電源適配器時，其內(nèi)部的線性變壓器就類似于一輛馬拉的火車，而高頻變壓器就類似于一輛汽油小車。雖然馬車一次性可以拉很多貨物，但是由于拉貨來回的速度比較低，對于同樣數(shù)量的貨物，汽油小車肯定比馬車拉的快。而開關電源和線性電源相比，也是如此。開關電源的高頻變壓器傳輸能量時可達 60kHz，線性電源的變壓器還是以工頻電網(wǎng)的頻率 50Hz 去傳輸能量的。

反激電源中的變壓器和電感常用的開關電源 AC-DC 變換器，它們大多是基于反激拓撲，反激拓撲電路結(jié)構簡單，價格低廉，非常適合在商用設配器中使用。

一般來說，開關電源的主拓撲電路都已經(jīng)確定好，每家廠商都一樣，但是為什么我們平時設計產(chǎn)品時選用的電源發(fā)熱量、效率、EMC 卻有著這么大的區(qū)別呢？這是因為真正考研一家電源廠商設計能力的正是工作在這些電源里面的磁性器件和感性器件。這些器件的選用會直接影響一個電源的效率，EMC 和成本。

電源中電感的分類（物理分類）電感依鐵芯形狀不同有環(huán)型（toroidal）、E 型（E core）及工字型（drum core）；依鐵芯材質(zhì)而言，主要有陶瓷芯（ceramic core）及兩大軟磁類，分別是鐵氧體（ferrite）及粉末鐵芯（metallic powder）等。依結(jié)構或封裝方式不同有繞線式（wire wound）、多層式（multi-layer）及沖壓式（molded），而繞線式又有非遮蔽式（non-shielded）、加磁膠之半遮蔽式（semi-shielded）及遮蔽式（shielded）等。

電感感量和其內(nèi)部磁心的截面積，氣隙，匝數(shù)都有關系。

電感的基本參數(shù)

電感值 （L）：電感值是實現(xiàn)所需電路功能的主要參數(shù)，也是大 多數(shù)設計程序中第一個要計算的參數(shù)。計算的電 感值要能夠提供最小的能量儲存（或伏特 - 微秒容 量）以及減少輸出電流紋波。使用小一點的電感 值會增加直流輸出的交流紋波。使用太大或太小的電感值可能會使轉(zhuǎn)換器在連續(xù)與非連續(xù)運行模 式之間變化。

容差：大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的應用對電感容差沒有特別嚴格的要求。對于大多數(shù)元件來說，選擇標準容差產(chǎn)品合乎成本效益，并且能夠滿足絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換器 的要求。一般來說電感容差是±20%，適用于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器。

直流電阻 （DCR）：DCR 只是電感所使用的銅線的一個量度。它嚴格 基于銅線直徑和長度。在目錄中通常規(guī)定為“最大值”，但也可以規(guī)定為帶容差的標稱值。第二種方法通過給出標稱值或預期電阻可能更具指導性。跟通常為銅材的線圈材料的電阻率一樣，DCR 隨溫度的變化而變化。DCR 額定應考慮環(huán)境測試溫度，這是很重要的。

交流電阻 此參數(shù)一般不會在電感數(shù)據(jù)表中顯示，它通常不是一個問題，除非工作頻率或電流的交流成分比直流 成分大。由于集膚效應，大多數(shù)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于平均或直流電流要小，那么 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 ，因此，要包含此數(shù)據(jù)就需要目錄所列的每一 電感的完整頻率曲線。

自諧頻率 （SRF）：每個電感線圈都有一些聯(lián)帶的分布電容，與電感值一起形成一個有自諧頻率的并聯(lián)諧振回路。對 于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器來說，電感最好是在遠低于 SRF 的頻率下工作。這個通常在電感數(shù)據(jù)中顯示為“典型”值。

電流額定值：在確定一個功率電感時，電流額定值或許是最難確 定的額定值。在整個開關循環(huán)過程中，通過 DCDC 轉(zhuǎn)換器電感的電流總是在變化，并且可能是循 環(huán)到循環(huán)的變化，這取決于轉(zhuǎn)換器的運作，包括由于突加負載或線路變化而產(chǎn)生的瞬變電流或尖峰電流。這就產(chǎn)生一個不斷變化的電流值，有時具有非 常高的峰均比。正是峰均比使規(guī)格的確定變得困難。

飽和電流：電流通過電感的一個影響是鐵芯飽和。DC-DC 轉(zhuǎn) 換器的電流波形一般都有一個直流成分。此直流電 流通過電感時偏置鐵芯從而導致其磁通量飽和。設 計人員需要知道，當發(fā)生飽和時，電感值下降，元件功能也不再表現(xiàn)為電感。在 10-20%的范圍內(nèi)進 行定義是很普遍的，但應注意的是，有些電感目錄可能會定義為電感值下降 50%時的電流。這會增大電流額定值，但就電流的可用范圍而言，這可能會 引起誤導。

均方根電流 電流的另外一個重要影響是元件自身發(fā)熱。均方 根電流用于測量多大的平均電流能夠連續(xù)地通過 電感同時產(chǎn)生的溫升小于規(guī)定值。數(shù)據(jù)表提供的 總是直流或低頻交流應用的額定值，這并不包括 之前提到的因集膚效應引起的發(fā)熱或其它高頻效應。如示例，電流額定值可針對單一的溫升點， 或者有些供應商提供溫升與電流關系的圖表或能 夠用于計算任何電流的溫升的因素。Irms 額定值應包括測量的環(huán)境溫度。電感規(guī)格一 般包括一個工作溫度范圍。電感預計在此環(huán)境溫 度范圍內(nèi)使用。因自身發(fā)熱產(chǎn)生的溫升可能會導 致電感溫度高于額定范圍。

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