年后工作比較忙，好不容易星期天休息下來吧，又想放松一下在床上躺著，反正就是比較懶，一直沒有更新文章。感覺如果最近看理論比較多，就想著把自己的收獲整理成文字，讓知識(shí)體系化，如果最近做項(xiàng)目調(diào)測(cè)板子比較多，思維就容易偏向?qū)嵱弥髁x，一切以快速解決問題完成項(xiàng)目任務(wù)為導(dǎo)向，從而忽視知識(shí)的整理與歸納。年前文章更新頻繁也和自己工作不忙，有時(shí)間鉆研理論有很大關(guān)系，而年后由于忙于實(shí)際電路的調(diào)試測(cè)試，理論上的東西就難免疏忽了。但總的來說這也比較符合事物發(fā)展的一個(gè)一般規(guī)律，“波浪式前進(jìn)配合螺旋式上升”的一個(gè)過程，只有經(jīng)歷這個(gè)過程，試錯(cuò)、糾正，才能最終進(jìn)步。
下面就重新開始文章更新吧，希望能堅(jiān)持下去。這一篇總結(jié)一下開關(guān)電源中關(guān)鍵器件的一些參數(shù)，比如電感、電容、電阻這些被動(dòng)元器件以及MOSFET等有源器件，為后續(xù)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)選型等做個(gè)鋪墊。
圖1. 電感器示意圖
如上圖1所示為電感器的示意圖，借用萬能的百度百科解釋，電感器(Inductor)是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器，但只有一個(gè)繞組。電感器具有一定的電感，它只阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下，電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過它；如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下，電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。電感器又稱扼流器、電抗器、動(dòng)態(tài)電抗器。
簡單來說，它具有通直流阻交流的特性，而電源電路也正是利用了它這一特性和其他器件共同組成了功率回路。但電感的這一特性在某些場合也會(huì)帶來不必要的麻煩，比如汽車電子中感性負(fù)載的突然關(guān)斷就會(huì)造成不可預(yù)期的電壓尖峰，而高速電路中由于線路以及引腳寄生電感的存在也會(huì)引起地彈噪聲等問題影響信號(hào)完整性。
實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)電感的基本原理結(jié)合其實(shí)際應(yīng)用場景可以分為很多類型，如：
- （1） 按照安裝形式劃分可分為立式、臥式、貼片式等
- （2） 按照工作頻率劃分可分為高頻電感器、低頻電感器等
- （3） 按照應(yīng)用分還可分為功率電感器、EMI電感、共模電感器等
- （4） 按照有工藝形態(tài)劃分可分為一體成型電感器，繞線電感器等
圖2. 各種各樣的電感器
電感的類型多種多樣，但其主要參數(shù)大致可歸納為以下幾個(gè)：
- （1） 電感量L及其誤差
- （2） 等效直流電阻DCR
- （3） 飽和電流Isat
- （4） 溫升電流Irms
- （5） 自諧振頻率f和品質(zhì)因數(shù)Q
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景的不同，我們所側(cè)重關(guān)注的參數(shù)也不盡相同。如下圖3所示為某廠商功率電感的參數(shù)表，也是電感器在開關(guān)電源領(lǐng)域需要被重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)參數(shù)。下面對(duì)其一一介紹：
圖3.某廠商功率電感參數(shù)表
- （1） 電感量和誤差
電感量L也叫自感系數(shù)，是電感器本身固有特性與電流大小無關(guān)。主要取決于線圈的匝數(shù)、繞制方式、有無磁芯以及磁芯材料等，單位為亨利，簡稱亨（H），其理論計(jì)算公式如下：
L=μ×Ae*N2/l
其中：L表示電感量、μ表示磁心的磁導(dǎo)率、Ae表示磁心的截面積、N表示線圈的匝數(shù)、lm表示磁心的磁路長度。
誤差也叫允許偏差，是指電感標(biāo)稱電感量與實(shí)際電感量允許的誤差值。一般用于振蕩或?yàn)V波的電感器要求精度較高，誤差在0.5%以內(nèi)，而電源用功率電感的允許誤差較大，一般在10%~20%。 如圖3中電感量為1~4.7uH，誤差為±20%。
- （2） 等效直流電阻DCR或RDC
該參數(shù)表示通過直流電時(shí)電感器的電阻值。這個(gè)參數(shù)影響最大最直接的就是發(fā)熱損耗，也叫DC損耗或銅損，DCR越小，損耗也就越低。
一般來說，感值給定的前提下，DCR與電感尺寸成反比，在電感尺寸給定前提下，感值越大，DCR越大。開關(guān)電源中傾向于選擇DCR更小的電感器。而且在大電流應(yīng)用中DCR帶來的直流損耗要明顯大于其AC損耗。下圖4簡單列出了電感損耗的構(gòu)成：
圖4.電感損耗的構(gòu)成
- （3） 飽和電流Isat
Isat是指磁介質(zhì)的飽和電流，一般在B-H曲線中對(duì)應(yīng)于磁介質(zhì)達(dá)到Bm對(duì)應(yīng)的Hm所需的DC電流量的大小，對(duì)于電感而言，可以簡單理解為電感量下降到標(biāo)稱電感值的一定比例時(shí)的電流大小。例如上圖3中所示，電感**R0MD1飽和電流36A就表示在電感量下跌20%時(shí)的電流大小為36A。下圖5即為不同感值電感器的DC電流和電感量之間的關(guān)系，從圖中可清晰讀到任意電感的飽和電流。
圖5. 電感電流VS電感值
- （4） 溫升電流Irms
Irms是指電感器的額定電流，即該電感器使用過程中表面達(dá)到一定溫度時(shí)所對(duì)應(yīng)的DC電流值。例如上圖3中所示，電感**R0MD1溫升電流18A就表示在電感溫度從25℃上升到40℃情況下通過的DC電流值為18A。下圖6即為不同感值電感器的DC電流和電感器溫升之間的關(guān)系，從圖中可清晰讀到電感器在一定溫升條件下的DC電流值。
圖6. 電感電流VS溫升值
- （5） 品質(zhì)因數(shù)Q
該參數(shù)是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)，為其感抗與DCR之比，Q越高，電感器帶來的損耗越低，效率也就越高。
除此之外，由于實(shí)際電感器并不理想，還存在不可避免的寄生電容和寄生電阻，因此，隨著頻率增大，一開始阻抗是逐漸增大的，但在超過一定頻率時(shí)電感呈現(xiàn)電容特性，因此，阻抗轉(zhuǎn)而隨頻率增大而減小。
圖7. 實(shí)際電感等效模型
以上就是這篇文章的內(nèi)容，介紹了構(gòu)成開關(guān)電源的重要元器件——電感器的一些基本知識(shí)和重要參數(shù)。其實(shí)還有一些和電感器選型過程中的注意事項(xiàng)還沒有介紹，以后會(huì)在電源設(shè)計(jì)選型部分補(bǔ)充上，馬上就是清明節(jié)了，也是時(shí)候規(guī)劃一波春游了~