电感厂大功率电感内部资料讲解

功率电感之大电流电感随着电气技术的发展，对电源在高频率，高效率，环保，尺寸，安全，低温升，低噪音，抗干扰E等方面不断提出新的要求，在结构上提出“轻、薄、短、小”的要求，对关键器件提出了扁平化，轻量化，低功耗和高性能的要求，体现在磁性器件方面，尤其是非隔离DC-DC模块电源中，贴片化和扁平化（低高度）成为一种趋势。CODAC从A2001年成立至今，已专注生产电感14年，其产品系列不断推陈出新，顺应时代的发展，无论是技术积累还是品质和性价比，都奠定了CODAC这A一电感品牌越来越具有影响力。对于电源工程师以及磁性器件件工程师而言，高频化大功率电路对产品体积要求越来越严苛，功率密度要求越来越大，只有对功率电感有了更系统了解，尤其是大电流电感，才能设计和选型更优化的电感。本文系统的对功率电感的相关知识进行阐述整理，主要包括功率电感的定义、选型因素、常用磁性材料、功率电感的工作点、典型电气参数、非典型参数、扁平线绕组的优势，常用拓扑结构和关于温升、饱和和噪音三个问题的建议。功率电感的定义功率电感（PowerInductor）,顾名思义，用在电路中传输功率的电感。电感在电路中主要用来处理功率，信号和电磁兼容（EMC），其中负责功率传输的主要包括升压电感（boost），降压电感（buck），升降压电感（buck-boost），功率因素校正电感（PFC），正激电路输出侧的直流输出滤波电感（相当于buck）和逆变电路输出侧的逆变电感等，这些电感同时承担着储能和平滑滤波的作用；其中用于EMC的电感分为共模电感和差模电感，差模电感在电路中主要滤除差模干扰，无论传输电流是直流电还是交流电，都需要承担滤波和储能的作用，因此在本篇文章中，从能量储存的角度讲，也将差模电感归入功率电感范畴。功率电感的选型因素：1）电感的电气特性，主要饱和特性，温升特性，频率特性等；2）电感的机械特性，主要尺寸限制，贴装方式，机械要求等；3）电感的使用环境，电气条件裕量，环境温湿度，酸碱度等；4）电感的性价比（品质，品牌，技术支持，服务，付款条件等）；5）电感的新型研发，深度定制和快捷样品反馈以及批产能力；功率电感的选型因素很多，对于设计人员或者采购人员而言，在满足主要考量因素的情况下，尽可能的平衡其他因素。比如成本为主要考虑因素，磁芯可选用廉价的铁粉心，但产品的尺寸和损耗可能会比较大，或者选用没有品质保证的供应商，但客户服务和技术支持会比较差些等；比如产品的温度特性有严格要求，可能需要成本昂贵的MPP磁芯或者羰基铁粉心等。CODAC从A2001年成立至今，已专业生产电感14年，无论是技术积累还是品质和性价比，都奠定了CODAC这A一电感品牌越来越具有影响力。功率电感常用磁性材料常用的软磁材料主要分为镍锌（NiZn）铁氧体和锰锌（MnZn）铁氧体，全系列金属磁粉心（High-Flux，MPP，Sendust，Fe-Si，Fe-Si-Cr，Fe-Si-Ni，IRONPowder，Nanodust等），非晶/纳米晶，叵末合金和硅钢等。本文就CODAC普A通贴片功率电感、一体成型电感和组装式大电流电感所用材料重点进行介绍。镍锌（NiZn）铁氧体，有着极高的电阻率，等同于绝缘体，其磁导率10~2000，饱和磁通密度0.25T~0.44T,应用频率0.1~100MHz，低磁导率可达GHz，主要用来做磁棒，螺纹磁心，环形磁芯，工字磁芯，多孔磁珠，贴片功率电感用工字磁芯以及屏蔽外壳等。普通贴片功率电感的磁导率多为NX-400，NX-500，插件工字电感,棒形电感多采用NX-100,NX-400,NX-700,NX-1000。贴片功率电感系列主要有SP,CWPA,SPRH,SPRSBP,M.SPE,SPDS,PDR,SPC,SP等F。此类电感的应用频率高，功耗小，工艺成熟，是目前市场最常见的小功率电感。除此之外，还有采用低温共烧工艺(LTCC)、印刷工艺制作的铁氧体叠层电感CFI以及磁珠CFB。锰锌(MnZn)铁氧体，主要分为高导铁氧体，功率铁氧体和电信用温度稳定性铁氧体，磁导率800~18000，饱和磁通密度Bs0.4T~0.54T,居里温度Tc120℃~280℃，应用频率10KHz~4MH，z电阻率比NiZn小，且材料具有“硬”饱和特性(电感量随着电流增大有陡然衰减现象)，故在设计时需谨慎考量。一般将磁导率大于5000称为高导铁氧体，磁导率最高可达18000，主要用来制作宽带变压器，驱动变压器，电流互感器和共模电感等。高导铁氧体最常用于共模电感，吸收和反射电路中共模干扰，主要滤除30MHz以内的传导干扰。功率铁氧体的磁导率2000~2500(PC953300)，饱和磁通密度Bs均大于0.48T，主要用来制作开关电源高频变压器，输出电感，谐振电感等。TDK的牌号主要包括PC30,PC40,PC44,PC45,PC46,PC47,PC9，0PC95，在100KHz/200mT下，PC47的损耗低于250mW/cm，3而PC95在全温度范围内(25℃~120℃)损耗密度低于350mW/cm3在,90℃低至280mW/cm，3市面常见PC40(410mW/cm3和)PC44(300mW/cm3。)国内横店东磁和天通等磁芯厂商经多年发展，性能优异。功率铁氧体制作成功率电感时，主要通过在磁路中开气隙储存能量。由于气隙处存在杂散磁场，当应用频率过高或者交流磁感应强度太大，首先会引起较大的电磁干扰，其次气隙处可能产生噪音，第三杂散磁场会使得附近绕组产生涡流损耗，形成热点，长时间工作绝缘受损，最终电感短路失效。基于以上三点，所以磁芯需要合理分配气隙位置和气隙深度。在高频下其自身材料损耗密度远小于金属磁粉心，且磁芯形状多样，常见型号EC,EE，ER,EP,PQ,RM,EQ等，配合我司成熟的扁平线绕线工艺，是大电流功率电感的主要 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，可生产成扁平线大电流电感。目前我司电感CSCM,CSCE,CSC等F系列产品，包括用于D类数字功放领域的CPD,CSD系列，均是MnZn功率铁氧体作为功率电感材料的具体应用。铁粉心，属于磁粉心家族的成员，采用粉末冶金工艺，将磁性材料颗粒和绝缘树脂按一定比例粘合后高压压制成型，饱和磁通密度高达为1.0~1.5T，是铁氧体Bs的2~3倍，天然具有分布式气隙，因此具有较高的储能能力。不像铁氧体和纳米晶等需要单独开气隙，因此EMC效果好。铁粉心主要分为氢还原铁粉心和羰基铁粉心。氢还原铁粉，一般称为铁粉心，磁导率Ui从10~100，价格相对低廉，按照美国微金属（MICROMET）AL牌号，常见有-2，-26，-52，-18，-18，-40。-2（10）材为红青环，损耗最低，-14（14）为黑红环，与-2材相比，磁导率略大，损耗相似。-18（55）常用来替代昂贵的-8（35），-40（60）为最为便宜的材料。最为常见得为黄白环-26（75）材质，性价比最好，适用于尺寸要求要求不严格，温升比较大的场合，可用-52材（75）绿蓝环替代进行优化。这类铁粉心具有老化问题，所以使用温度要求不宜过高，一般要求低于100度。这类铁粉心常用来压制成环形磁芯,也可压制成EE型和EC型。CODAC扁A平线大电流电感CSB,CSCM,CSCD,CS等CG系列是由自发研制的磁粉心生产的。另一类铁粉心为羰基铁粉心（CarbonylIronpowder），频率从10KHz高达500MH，z磁导率1~35，主要用于射频领域，与普通铁粉心相比，应用频率高，损耗小且温度系数小。其中-4（9）材质为蓝白环，常用与谐振电感，用在LLC等谐振电路中，较为常见，其中-2（10），-6（8.5），-7（9），-8（35）材可用于压制一体成型电感。CODAC一A体成型电感采用德国巴斯夫BASF羰基铁原粉，饱和电流大，高频损耗密度小，性能优异。铁硅铬(FeSiCr)，磁粉心家族的成员，Bs高达1.5T，损耗大比羰基铁大，也可用来制作一体成型电感，性价比高。铁硅磁粉心(MegaFlux)，饱和磁通密度高达1.6T,和硅钢材质类似，与HighFlux相比饱和特性相似，损耗略高，但损耗又低于铁粉心，没有热老化问题，在大电流领域备受欢迎。在风能、太阳能和动车，UPS等领域，多采用块状磁粉心拼接成大功率电抗器；在通信领域多用EQ型扁平线圈绕组形成大电流电感，相同体积饱和特性远高于铁氧体材料大电流电感。另外铁硅镍(NeuFlux)磁粉心，损耗是铁硅的一半，是HighFlux的低成本替代方案。这两种材料都具有极优异的饱和特性和温度稳定性，是大功率电路中电抗器的理想选择。以下材料使用不多，抛砖引玉，仅作简要介绍。金属磁粉心(MPP,HighFlux,SENDUST,Nanodust等)中，MPP损耗最小，温度稳定性最高；HighFlux的饱和电流大，损耗居中；SENDUST损耗小，性价比高；Nanodust纳米晶磁粉心，新兴材料，损耗低，可替代非晶磁粉心的克服噪音问题。非晶纳米晶(钴基非晶，铁基非晶，铁基纳米晶等)，叵末合金和硅钢，多以带材卷绕成环形和U型，后两者也可冲压成EI片，三者均属于金属类磁性材料，共同特征为涡流损耗大，故应用频率不高；叵末合金磁导率高，用于音频变压器，音频电感和电流互感器等；非晶纳米晶在50KHz以下优于锰锌功率铁氧体，在100KHz以上涡流损耗急剧增大，性能逐渐劣与铁氧体。硅钢多用于1KHz一下，主要为工频(50Hz)领域，作为电力变压器和电抗器等。功率电感在工作点问题铁磁性材料随着外部磁场强度的增加，磁感应强度逐渐增加，磁场强度增加到一定值以后，磁感应强度趋于稳定，随着磁场强度减小为零，磁感应强度不按原来路径减小，且在磁场强度H=0时，仍保留一定的剩余磁感应强度Br。这种磁场强度H和磁感应强度B不同步的，且B落后H变化的现象，叫做磁滞现象。从上述信息可知道，铁磁性材料具有饱和现象和磁滞现象。磁性材料在应用中，会有不同的工作状态。如双极性变压器工作于磁滞回线的一三象限，电流互感器工作于初始磁化曲线位置，互感器会靠近准饱和区，升降压电感和直流输出滤波电感等功率电感一般处于偏置状态，工作于第一象限，如下图：图中黄色面积覆盖的区域就是功率电感实际工作的区域，通常称B0（或者H0）为工作点，黄色区域面积反映磁芯的磁滞损耗。ΔB为交流磁感应强度，和频率f一起决定了磁芯的损耗密度，进一步影响产品温升。B0+ΔB/2应该小于0.8Bs（准饱和）。设计时，高频看温升，低频看饱和。磁性材料Bs随着温度的增加而衰减，常见的功率铁氧体PC40在25℃时饱和磁通密度Bs为0.51T,而100℃为0.44T。实际中不同应用环境下，工作点B0设计在0.2T~0.34T。功率电感的典型参数。功率电感最常看到的指标为L、DCR、Isat，Irms，Ir（Isat和Irms取最小值）。电感量L，为静态测试指标，即无偏置电流时候的电感量。与其相对应的就是动态电感，即工作时的电感量，通常会有一定衰减。动态电感越大，电路中纹波电流越小，但体积和成本会相应增加。电感量大小主要与磁芯的磁导率，磁芯结构常量（磁路有效截面积Ae和磁路有效长度Le）以及线圈匝数，耦合程度，气隙位置等。LsN20eLAeLe直流电阻DCR，是绕组的基本特性，电阻会引入直流损耗，DCR越小越好。其材质多为紫铜，温度对紫铜的电阻率有一定影响，相对于20℃是的电阻，温度每上升一度，电阻率增加0.43%。在温度T时的工作电阻Ro遵循如下 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ：Ro=Rdc*（1+（T-20）/234.5）=Rdc*（1+ΔT*0.0043）例如产品温升50℃，按照上述公式，实际电阻是常温电阻的1.215倍，相应计算线圈损耗时相当于增加0.2倍。此外，随着频率的提高，因为趋肤效应导致高频电流趋于导体表面，实际载流面积减小而引入交流电阻Rac。在低压大电流的高频电源中，通常用扁平线来改善趋肤效应，CODAC的A一体成型电感CSCF以及CSB，CSCI，CSCM,CSCE,CFC系F列等大电流电感高频交流电阻小。温升电流Irms，从温升角度定义电流，一般温升ΔT=40℃时允许通过的直流电流。通常在无风自冷条件下，将产品放置在特制的工装夹具上进行测试。就电流而言，实际通过电感的电流不同频率的有正弦波，有矩形波，有三角波等，并非纯粹的直流电流。产品的温升与工作频率、交流磁通密度（纹波电流），有效电流，PCB焊盘和器件布局，散热措施等有关系。比如有散热片，铝基板或者强制风冷等措施，或者系统本身允许更高的温升（F级绝缘系统，温升最大可达100K），所选用产品在不饱和的情况下，允许通过更高的电流。如果电路中没有任何散热措施，产品要求低温升，建议电流选择小于0.7*Irms。选择CODAC电A感时，可提供具体的有效电流（长时间工作），纹波电流，散热环境，效率，能接受的最大温升等要求，以便工程人员推荐选型。饱和电流Isat，从饱和角度定义的电流。一般电感量衰减20%时允许通过的直流电流。通常在常温下用直流叠加测试仪对电感进行偏磁性测试。对于铁氧体电感，因为其“硬”饱和特性，通常会按照10%或者20%定义饱和电流，而磁粉心类电感，常见电感多按照20%和30%定义饱和电流。需要注意的就是，温度增大时，需要考虑饱和电流的降额使用。磁粉心类的饱和磁感应强度随温度增加基本不变，因而饱和电流不需要降额，同时这一类材料的居里温度高，往往可以在高温环境中使用，比如鱼雷电源，石油钻头等；磁芯材料为铁氧体时，电感的饱和电流会随着温度的升高而减小，通常100℃时下降为常温的80%。另外，在不同的电路中，对电感的线性度和饱和深度要求不同，决定了在选择电感时选择不同的磁性材料。选型CODAC电A感时，可提供具体的峰值电流，温度，电感线性度的要求等，以便CODAC推A荐选型。功率电感的非典型参数。事实上，功率电感在设计选型还有很多指标需要参考，例如纹波电流ΔI、峰值电流IPK和有效电流Ir，工作频率f，直流损耗Pdc，交流损耗Pac，磁芯损耗Pcore，总损耗Ptotal，能量储存E,热阻Rth，温升ΔT,等效电阻Rs，阻抗Z,品质因素Q，分布电容Cr，谐振频率SRF，绝缘电阻和耐压等，这些指标对电感的设计选型有着重要的参考价值。纹波电流ΔI，指电流中的高频分量，在开关电源非隔离DC-DC中，波形多为三角波。纹波电流和输出电流的比值叫做纹波系数k(k=ΔI/I0)，k通常20%~40%，也可能只有5%。电源一般要求纹波电流越小越好，但纹波电流越小，要求电感量就越大(L=UL*D*T/ΔI=UL*D*T/k/I0)，造成成本也越大。纹波电流的大小主要影响绕组的交流损耗Pac(Pac=Rac*ΔI*ΔI)，所以纹波电流越大，绕组交流损耗越大。由于k=ΔI/I0=ΔB/B0可知，纹波电流越大，交流磁感应强度越大，磁芯损耗也增大。峰值电流IPK，指通过电感的最大电流，对于梯型波IPK=I0+ΔI/2，其决定了最大磁通密度Bm，Bm大于Bs时电感饱和。有效电流Irms，可用来计算绕组的直流损耗。工作频率f，在开关电源中多指开关管应用频率，工作频率越高，对于电感变压器等器件的尺寸可以缩小。对于功率电感而言，频率越高，磁芯损耗越大，同时绕组因为趋附效应和邻近效应，交流电阻也会相应增大。科达嘉通常会根据客户的应用频率推荐合适的磁芯材料和绕组材料，同时优化绕组结构来尽量降低损耗。电感的总损耗Ptatol，主要包括磁芯损耗Pcore、线圈损耗Pcu(直流损耗，交流损耗)以及介质损耗Pm。Ptotal=Pcu+Pcore+Pm≈Pcu+Pcore一般介质损耗Pm较小不考虑，介质损耗主要由漏磁场和漏电流在电感附件或应用中周围环境引起的损耗，在一些电力电抗器等应用环境需注意。从效率角度看，频率一定时，对于总损耗Ptotal，主要通过平衡绕组线径和匝数来平衡Pcu和Pcore。随着绕组匝数增加，Pcu增加，Pcore减小，Pcu和Pcore基本相近时，电感总损耗最低，效率最高。从温度分布均衡角度来讲，由于磁芯和铜绕组的热传导率不一样，功率电感一般绕组损耗Pcu较大。实际中磁芯损耗占总损耗的1/3以下，即额定电流一般取温升电流的70%以下。PcorePcorePtotalPcore=Pa+Pb+Pc=K×fm×ΔBn=Pcv×Ve磁芯损耗Pcore主要和磁芯材料和结构，工作频率f以及交流磁感应强度ΔB有关。其中K是由磁性材料和磁芯结构相关的常量，指数m通常介于1.0~2.0（可按照1.5估算），反映了磁芯损耗随着频率f的增加按照指数m增加，指数n通常介于2.0~3.0之间（可按照2.5估算），反映了磁芯损耗随着交流磁感应强度ΔB的增加按照指数n增加。通常情况下，已知磁芯材料后，根据频率f和交流磁感应强度ΔB，可通过查询磁芯目录的功耗图来得到磁芯的损耗密度，乘以磁芯的体积即可得到磁芯损耗。ET=UL×D×1/f=N×Ae×ΔB根据上述公式,伏秒积ET为定值时，f和ΔB成反比关系,容易得出通过减小交流磁感应强度ΔB比降低频率f来减少磁芯损耗更有效。另外,减少磁芯磁导率，或者增加气隙减少磁芯电感系数，通过增加线圈匝数保证原有电感量，线圈损耗Pcu虽然有所增加，但磁芯ΔB减小，是一种改善磁芯损耗为主要损耗的行之有效的方法。22Pcu=Pac+Pdc=Irms×Rdc+ΔI×Rac10线圈损耗Pcu主要包括直流损耗Pdc和交流损耗Pac。线圈电阻直流Rdc主要和线圈截面积和长度和线圈匝数有关。要获得最小直流电阻Rdc，就需要最大截面的线材、最少的匝数和合理的引脚，最大化得分配在所选磁芯的磁芯窗口中，这也是优化设计的一个原则。交流电阻Rac可通过计算趋肤深度得到有效载流面积，进一步得到具体数值。值得注意的是，Rdc和Rac需要考虑电阻的温度系数。电感的储能WL，表示磁芯储存能力的大小。用于变压器时，储存能量和释放能量同步发生，磁芯要求储能越小越好。用于功率电感时，例如在DC-DC非隔离电路中做升降压电感，储存能量和释放能量不同步，磁芯的储能WL作为一项重要指标,可用下式表示。11B2WLLII2VeL2I2e0e电感的储能与电流的平方成正比，与电感量LI成正比，这里的电感量LI为动态电感,即加载电流I后的感量。也可以看出，磁芯储能WL与磁芯的有效体积Ve和工作点B的平方成正比，和相对有效磁导率μe成反比，这意味着高饱和磁通密度Bs，大磁芯体积Ve，以及低有效磁导率μe的磁芯才可储能更多的能量。通常选用低磁导率具有分布气隙的磁粉心材料或者无气隙的低导磁非晶材料，或者通过对高导磁的材料（铁氧体，纳米晶，硅钢等）开气隙的方式来储能。储能后释放能量，就存在上文提到的损耗。磁性器件的热阻Rth，单位℃／W,是反映关于损耗和温升关系的一个系统量，表示在功率器件上功率损耗每瓦引起的温升。器件厂商常用下面的公式计算一款产品的热阻Rth，ΔT为40℃，Irms为温升电流，Ro为动态直流电阻，可按照常温下25℃的直流电阻估算Rth。在前期温升评估电感等磁性器件的温升时，可作为的一个计算方法。11T串联等效电阻Rs，在LCR电桥测试电感时，选用串联等效电路，即一个理想电感和一个电阻串联，其中等效电阻Rs既包含了线圈的直流电阻，也包含了测试频率下磁芯损耗等效的电阻,作为是电感阻抗Z的一部分。品质因素Q，为单位周期内电感最大储能（感抗XL）和耗能（等效串联电阻RS）之比，可反映测试频率下小交流磁感应强度的损耗，与磁芯损耗密度Pcv不同，后者表示大交流磁感应强度的损耗。在功率传输电路中，与实际情况相差较大，所以一般功率电感不提及品质因素Q。分布电容Cr，是一个系统属性，与线圈绕组与绕组，层与层，匝与匝，线圈与磁芯，线圈与辅助材料等共同决定的电容。理想电感要求分布电容越小越好，自谐振频率SRF更高，在高频下依然保持足够大的阻抗Z。设计时尽量减少层数和减少匝数，减少层与层之间的接触面积，选用中柱长的磁芯，分段绕制，增加屏蔽层等。对于大电流电感使用的扁平线绕组，螺旋形单层结构，分布电容小，此类电感的自谐振频率较高。扁平线的优势12在磁性器件中承担电流传输的绕组，包括不同牌号和温度等级的漆包线，锡包线，铜包铝，铝线，绞合线，丝包线，铜箔和扁平线等。随着电路频率的增加，常见电路拓扑中起到储能滤波作用的功率电感感量要求减小，绕组匝数减少，同时低压大电流也成为一种趋势，因此扁平线成为优选绕组材料。以下为扁平绕组的主要优势。在等同截面积下，扁平线和漆包线相比具有更大的表面积，因此散热更好；由于趋服效应的存在，扁线和漆包线相比，在高频下具有更低的交流电阻，高频损耗小，因此适合在高频下工作；扁平绕组和漆包线相比，有着极大窗口占有率；因其扁平化的结构，和等面积的漆包线相比，单层可绕更多圈数，同时因为结构限制往往为单层线圈绕组，和多层漆包线绕组相比，线圈分布电容小，因此更高频率下电感的阻抗才开始衰减。扁平线圈承受大电流时，震动小，噪音小；CODAC选A用扁平漆包线绝缘等级为220℃，耐压可达700V。并拥有专业的绕线机和经验丰富的操作人员，完美解决了扁平线圈立绕的问题（內缘挤压外缘拉伸绝缘漆膜破损现象），并可加工成多种结构，通过激光剥离绝缘漆等，工艺成熟。常见拓扑结构功率电感的常用拓扑结构在文章开始有提到过，这里主要就降压电路（BUCK）,升压电路（BOOS）T以及升降压电路（BUCK-BOOS）T电路展开描述。依据电感在整个开关周期内的电流波形是否过零，工作模式分为断续模式（DCM），临界模式（BCM）和连续模式（CCM）。电路中随着负载的加重，模式从DCM过度到BCM再,到CCM。一般选用CCM模式。13BUCK电路：蓝色路径表示开关闭合后电流路径，VL-ON=Vin-VO红色路径表示开关打开后电流路径，VL-OFF=VO伏秒平衡(Vin-VO)×D×1/f=VO×(1-D)×1/f输出电压VO=D×VIN最大占空比Dmax=VO-MAX/VIN-MIN最小占空比Dmin=VO-MIN/VIN-MAX14BCM模式临界电感Lmin=(Vin-max-VO)×Dmin×1/fmin/ΔImaxΔI一般为输出电流Io的20%~40%，ΔImax表示在最大输入电压，即最小输入电流时保证电路连续的最大ΔI。L大于Lmin时，电路进入连续模式CCM小,于则为断续模式DCMBOOST电路红色路径表示开关闭合后电流路径，VL-ON=Vin蓝色路径表示开关打开后电流路径，VL-OFF+Vin=VO伏秒平衡Vin×D×1/f=(VO-Vin)×(1-D)×1/f输出电压VO=Vin/(1-D)BCM模式临界电感Lmin=Vin-max×Dmin×1/f/ΔImaxBUCK-BOOS电T路15红色路径表示开关闭合后电流路径，VL-ON=Vin蓝色路径表示开关打开后电流路径，VL-OFF=VO伏秒平衡Vin×D×1/f=VO×(1-D)×1/f输出电压VO=VIN×D/(1-D)占空比D=VO/(VO+Vin)输入取最大时候，即为最小占空比DminBCM模式临界电感Lmin=Vin-max×Dmin×1/f/ΔImaxL大于Lmin，电流连续BCM，否则，进入断续模式DCM实际在低压电路或者精确计算中，需要考虑开关管和续流二极管的压降，一般按照0.5V~0.7V计算。同一电感，随着负载的增大，动态电感逐渐减小，纹波电流会增大，随着进一步增大到饱和，电感低于20%，纹波电流变得很大，甚至变成断续模式，同时伴随着电感温升迅速升高，寿命降低，甚至损坏等现象。根据开关管的开关状态，一般而言在开关闭合时电感储能，在开关断开后电感释放能量，遵循能量守恒定律，可用伏秒乘积表示。ETVLONTONVLOFFTOFF在不同拓扑结构中IL计算不同。电感平均电流在BUCK电路中等于输出电流，BOOST电路中等于输入电流，在BUCK-BOOS电T路中等于输入电流与占空比D之比，16计算公式如下。由此可进一步计算出所需的电感值LminETULTLULMAXDminIIkILfK关于温升、饱和和噪音三个问题的建议A）温升问题电感的温升，主要取决于客户使用电源的绝缘等级要求，或者使用领域。通常情况下，温升越小越好，既要减少和合理分布电感的总耗损，又要增加散热措施。降低绕组损耗Pcu，降低直流电阻，需要尽可能的增加线圈截面和减少线材长度来降低电阻，可靠的焊点焊接，大面积的焊盘等；在高频应用时，具有涡流效应和邻近效应，可通过多股线径绞合，扁线，单层分布等绕制方式降低高频交流电阻。降低磁芯损耗Pcore，主要选择低损耗的磁芯材料和磁芯结构（不同的磁芯结构与散热方式有关），合适的规格，最佳的匝数，合理气隙等；散热措施可从辐射，对流和传导入手，比如选择开放型的磁芯（EE型＞PQ型＞RM型），较大的散热面积，热传导系数较大的导热硅胶垫和导热胶，灌封，散热良好的铝基板，散热片，其他器件的布局，风扇等散热措施。需要注意的温度均衡性，尽量不要在产品出现热点。比如较大气隙附近的线圈，因为处以交变磁场中涡流效应大，容易引起热点，影响产品总体寿命。B）饱和问题17电感饱和，其实意味着电感衰减至很小（80%以下），因为软磁材料本身饱和特性，饱和后可理解为磁芯变成了石头，成了空心线圈。电感饱和设计，首先需要了解使用材料的饱和磁通密度Bs，磁芯有效磁路面积Ae和磁路长度Le，线圈匝数N，工作的峰值电流Ipk，峰值磁感应强度BP（考虑准饱和问题，Bp﹤0.8×Bs）以及温升ΔT。LIPKNAeBP需要注意的是，有的磁芯材料（铁氧体）的饱和磁感应强度Bs随着温度的升高而减小，通常100℃衰减为80%，意味着产品饱和设计时需要考虑磁芯材料高温下的Bs，这样峰值磁通密度Bp约为0.6Bs。铁氧体材料具有硬饱和特性，偏磁曲线在一定电流有陡降想象，设计使用时对工作点比较苛刻，临界点之前线性度高，临界点之后迅速饱和，使用过程中务必小心。金属磁粉心材料具有软饱和特性，偏磁曲线平缓衰减，非线性度高，但容错能力强，同时其Bs高又具有分布气隙，承载大电流方面比较优秀。C）噪音问题噪音，由机械振动引起，频率分布在20Hz~20KHz时，人耳可闻。噪音是磁性器件一个棘手的问题，从根本上来讲两个原因，一个是结构弹性松动，一个是磁芯材料的磁致伸缩造成。前者主要通过线圈浸渍绝缘漆，点粘结胶，气隙处点胶，磁芯紧固，线圈绕制工艺等加强机械强度的措施改善。后者主要通过更改工作点，改变交流磁感应强度，远离饱和区域，甚至更换磁致伸缩系数为零或者较小的材质（纳米晶，铁硅铝等），更改供应商（不同厂商等同牌号的材质也有区别）等。需要说明的是，电路工作在低频以及因控制环路不稳定性（低频间歇性工作）18造成的噪音，可调整电路频率和改善环路稳定性降低噪音。本文对功率电感的常用知识系统的进行了阐述，希望能对电源工程师或者磁性器件工程师的设计和选型有一定帮助。功率电感涉及的方面很广，文章仍然有很多方面未能详尽展开或提及，也存在一些错误，希望批评指正。CODACA产品系列包含普通的贴片功率电感，一体成型电感和扁平线大电流电感，专注生产电感14年，欢迎咨询。19