電感在電路中的選擇（注：只有充分理解電感在DC/DC電路中發揮的作用，才能更優的設計DC/DC電路。本文還包括對同步DC/DC及異步DC/DC概念的解釋。）簡介在開關電源的設計中電感的設計為工程師帶來的許多的挑戰。工程師不僅要選擇電感值，還要考慮電感可承受的電流，繞線電阻，機械尺寸等等。本文專注于解釋：電感上的DC電流效應。這也會為選擇合適的電感提供必要的信息。理解電感的功能電感常常被理解為開關電源輸出端中的LC濾波電路中的L（C是其中的輸出電容）。雖然這樣理解是正確的，但是為了理解電感的設計就必須更深入的了解電感的行為。在降壓轉換中（Fairchild典型的開關控制器），電感的一端是連接到DC輸出電壓。另一端通過開關頻率切換連接到輸入電壓或GND。在狀態1過程中，電感會通過（高邊“high-side”）MOSFET連接到輸入電壓。在狀態2過程中，電感連接到GND。由于使用了這類的控制器，可以采用兩種方式實現電感接地：通過二極管接地或通過（低邊“low-side”）MOSFET接地。如果是后一種方式，轉換器就稱為“同步（synchronus）”方式。現在再考慮一下在這兩個狀態下流過電感的電流是如果變化的。在狀態1過程中，電感的一端連接到輸入電壓，另一端連接到輸出電壓。對于一個降壓轉換器，輸入電壓必須比輸出電壓高，因此會在電感上形成正向壓降。相反，在狀態2過程中，原來連接到輸入電壓的電感一端被連接到地。對于一個降壓轉換器，輸出電壓必然為正端，因此會在電感上形成負向的壓降。我們利用電感上電壓計算公式：V=L(dI/dt)因此，當電感上的電壓為正時（狀態1），電感上的電流就會增加；當電感上的電壓為負時（狀態2），電感上的電流就會減小。通過電感的電流如圖2所示：通過上圖我們可以看到，流過電感的最大電流為DC電流加開關峰峰電流的一半。上圖也稱為紋波電流。根據上述的公式，我們可以計算出峰值電流：其中，ton是狀態1的時間，T是開關周期（開關頻率的倒數），DC為狀態1的占空比。警告：上面的計算是假設各元器件（MOSFET上的導通壓降，電感的導通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降）上的壓降對比輸入和輸出電壓是可以忽略的。如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精確計算：同步轉換電路：異步轉換電路：其中，Rs為感應電阻阻抗加電感繞線電阻的阻。Vf是肖特基二極管的正向壓降。R是Rs加MOSFET導通電阻，R=Rs+Rm。電感磁芯的飽和度通過已經計算的電感峰值電流，我們可以發現電感上產生了什么。很容易會知道，隨著通過電感的電流增加，它的電感量會減小。這是由于磁芯材料的物理特性決定的。電感量會減少多少就很重要了：如果電感量減小很多，轉換器就不會正常工作了。當通過電感的電流大到電感實效的程度，此時的電流稱為“飽和電流”。這也是電感的基本參數。實際上，轉換電路中的開關功率電感總會有一個“軟”飽和度。要了解這個概念可以觀察實際測量的電感VsDC電流的曲線：對于升壓型開關電源的電感值計算，除了占空比與電感電壓的關系式有所改變外，其它過程跟降壓型開關電源的計算方式一樣。以圖3為例進行計算，假設開關頻率為300kHz、輸入電壓范圍5V±10%、輸出電流為500mA、效率為80%，則最大紋波電流為450mA，對應的占空比為：D＝1－Vi/Vo＝1－5.5/12＝0.542(7)圖3：升壓型開關電源的電路圖。當開關管導通時，電感器上的電壓為：V＝Vi＝5.5V(8)當開關管關斷時，電感器上的電壓為：V＝Vo＋Vd－Vi＝6.8V(9)把公式6/7/8代入公式2得出：請注意，升壓電源與降壓電源不同，前者的負載電流并不是一直由電感電流提供。當開關管導通時，電感電流經過開關管流入地，而負載電流由輸出電容提供，因此輸出電容必須有足夠大的儲能容量來提供這一期間負載所需的電流。但在開關管關斷期間，流經電感的電流除了提供給負載，還給輸出電容充電。一般而言，電感值變大，輸出紋波會變小，但電源的動態響應也會相應變差，所以電感值的選取可以根據電路的具體應用要求來調整以達到最理想效果。開關頻率的提高可以讓電感值變小，從而讓電感的物理尺寸變小，節省電路板空間，因此目前的開關電源有往高頻發展的趨勢，以適應電子產品的體積越來越小的要求有了上面對電感的認識，下面就作開關電源的分析與應用：楞次定律相關內容：在直流供電的時候,由于線圈的自感作用,線圈將產生一個自感電動勢,此電動勢將阻礙線圈電流的增加,所以在通電的一瞬間,電路電流可以認為是0,此時電路全部壓降全落在線圈上,然后電流緩慢增加,線圈端電壓緩慢下降直到為零,暫態過程結束在轉換器的開關運行中,必須保證電感不處在飽和狀態,以確保高效率的能量存儲和傳遞。飽和電感在電路中等同于一個直通DC通路,故不能存儲能量,也就會使開關模式轉換器的整個設計初衷功虧一簣。在轉換器的開關頻率已經確定時,與之協同工作的電感必須足夠大,并且不能飽和。開關電源中的電感確定：開關頻率低，由于開和關的時間都比較長，因此為了輸出不間斷的需要，需要把電感值加大點，這樣可以讓電感可以存儲更多的磁場能量。同時，由于每次開關比較長，能量的補充更新沒有如頻率高時的那樣及時，從而電流也就會相對的小點。這個原理也可以用公式來說明：L=（dt/di）*uLD＝Vo/Vi，降壓型占空比D＝1-Vi/Vo，升壓型占空比dt＝D/F，F＝開關頻率di＝電流紋波所以得L＝D*uL/（F*di），當F開關頻率低時，就需要L大一點；同意當L設大時，其他不變情況下，則紋波電流di就會相對減小在高的開關頻率下，加大電感會使電感的阻抗變大，增加功率損耗，使效率降低。同時，在頻率不變條件下，一般而言，電感值變大，輸出紋波會變小，但電源的動態響應（負載功耗偶爾大偶爾小，在大小變化之間相應慢）也會相應變差，所以電感值的選取可以根據電路的具體應用要求來調整以達到最理想效果問題：電感嘯叫：基本理念是聽覺范圍內的諧波才會被聽到.但是一般開關電源開關頻率只要不在20K范圍內,其諧波含量均不會引起較大噪聲.但是這個理論是基于開關電源開關頻率比較穩定的情況下.所以說,如果開關電