简介 

消费类应用是现代 DC/DC 变换器需求的主要驱动力。 在这类应用中，功率电感主要被用于电池供电设备、嵌入式计算，以及高功率、高频率的 DC/DC 变换器。了解电感的电气特性对于设计紧凑型、经济型、高效率、并具备出色散热性能的系统至关重要。

电感是一种相对简单的元件，它由缠绕在线圈中的绝缘线组成。但当单个元件组合在一起，用来创建具有适当尺寸、重量、温度、频率和电压的电感，同时又能满足目标应用时，复杂性就会增加。

选择电感时，了解电感数据手册中标明的电气特性非常重要。 本文将提供指导，帮助您为解决方案选择最佳电感，同时阐明如何在设计新型 DC/DC 变换器时预测电感性能。

电感是什么？

电感是一种电路元件，它可以在自身磁场中储存能量。电感通过储存将电能转换为磁能，然后向电路提供能量以调节电流。当电流增加，磁场就会增强。

图 1 展示了电感模型。

电感是采用绝缘线绕成线圈形成的。线圈可以是不同的形状和尺寸，也可以使用不同的芯材缠绕。

电感的大小则取决于匝数、磁芯尺寸和磁导率等多种因素。

图 2 显示了关键的电感参数。

表 1 显示了如何计算电感 (L)。

表1: 计算电感(L)

下面，我们将详细描述常见的电感参数。

磁导率

磁导率是材料响应磁通量的能力，也表明了在施加的电磁场中有多少磁通量可以通过电感。

表2显示了磁导率对磁通密度（B）的增强。

表 2：计算磁通密度 (B)

从表 2可以看出，磁通量的浓度取决于磁芯的磁导率和尺寸。

图 3 显示了一个没有磁芯的线圈。

空心线圈的磁导率为常数值（µr air），大约等于 1。

图 4 显示了一个带磁芯的电感。当然，有磁芯时，磁场会增强。

不同磁芯材料的典型磁导率不同。

表 3 列出了三种不同芯材的磁导率。

表 3：磁芯磁导率

电感值 (L)

电感将感应的电能存储为磁能的能力通过电感值来体现。在开关输入电压驱动电感的同时，电感要为输出负载提供恒定的直流电流。

表 4 显示了电流和电感电压之间的关系。 可以看出，电感两端的电压与电流随时间的变化成正比。

表 4：计算电感压降

首先，确定设计需要的电感范围。要注意，电感值在整个工作条件下并不是恒定的， 它会随着频率的增加而变化。因此，对具有更高开关频率的应用，需要特殊考量。电感制造商通常在 100kHz 至 500kHz 的频率下测试电感，因为大多数 DC/DC 变换器都在此范围内工作。

电阻 (R)

电感的电流电阻会导致散热，从而影响效率。总铜损中包含了 RDC 损耗和RAC 损耗。 RDC 与频率无关，始终恒定；RAC 则取决于频率。

表 5 显示计算 RDC的方法。

表 5：计算铜线 RDC

降低铜损的唯一方法是增大导线面积，即改用较粗的导线，或使用扁线。采用扁线可以使绕组窗口被完全利用，从而带来较低的 RDC。

表 6 所示为圆线与扁线的横截面积比较。

表 6：圆形与扁线的横截面积比较

表 7对圆线和扁线的特性进行了比较。

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