基本元器件之电感器-电源网星球号

年后工作比较忙，好不容易星期天休息下来吧，又想放松一下在床上躺着，反正就是比较懒，一直没有更新文章。感觉如果最近看理论比较多，就想着把自己的收获整理成文字，让知识体系化，如果最近做项目调测板子比较多，思维就容易偏向实用主义，一切以快速解决问题完成项目任务为导向，从而忽视知识的整理与归纳。年前文章更新频繁也和自己工作不忙，有时间钻研理论有很大关系，而年后由于忙于实际电路的调试测试，理论上的东西就难免疏忽了。但总的来说这也比较符合事物发展的一个一般规律，“波浪式前进配合螺旋式上升”的一个过程，只有经历这个过程，试错、纠正，才能最终进步。

下面就重新开始文章更新吧，希望能坚持下去。这一篇总结一下开关电源中关键器件的一些参数，比如电感、电容、电阻这些被动元器件以及MOSFET等有源器件，为后续开关电源的设计选型等做个铺垫。

图1. 电感器示意图

如上图1所示为电感器的示意图，借用万能的百度百科解释，电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。

简单来说，它具有通直流阻交流的特性，而电源电路也正是利用了它这一特性和其他器件共同组成了功率回路。但电感的这一特性在某些场合也会带来不必要的麻烦，比如汽车电子中感性负载的突然关断就会造成不可预期的电压尖峰，而高速电路中由于线路以及引脚寄生电感的存在也会引起地弹噪声等问题影响信号完整性。

实际应用中，根据电感的基本原理结合其实际应用场景可以分为很多类型，如：

（1）按照安装形式划分可分为立式、卧式、贴片式等
（2）按照工作频率划分可分为高频电感器、低频电感器等
（3）按照应用分还可分为功率电感器、EMI电感、共模电感器等
（4）按照有工艺形态划分可分为一体成型电感器，绕线电感器等

图2. 各种各样的电感器

电感的类型多种多样，但其主要参数大致可归纳为以下几个：

（1）电感量L及其误差
（2）等效直流电阻DCR
（3）饱和电流Isat
（4）温升电流Irms
（5）自谐振频率f和品质因数Q

根据实际应用场景的不同，我们所侧重关注的参数也不尽相同。如下图3所示为某厂商功率电感的参数表，也是电感器在开关电源领域需要被重点关注的几个参数。下面对其一一介绍：

图3.某厂商功率电感参数表

（1）电感量和误差

电感量L也叫自感系数，是电感器本身固有特性与电流大小无关。主要取决于线圈的匝数、绕制方式、有无磁芯以及磁芯材料等，单位为亨利，简称亨（H），其理论计算公式如下：

L=μ×Ae*N2/l

其中：L表示电感量、μ表示磁心的磁导率、Ae表示磁心的截面积、N表示线圈的匝数、lm表示磁心的磁路长度。

误差也叫允许偏差，是指电感标称电感量与实际电感量允许的误差值。一般用于振荡或滤波的电感器要求精度较高，误差在0.5%以内，而电源用功率电感的允许误差较大，一般在10%~20%。如图3中电感量为1~4.7uH，误差为±20%。

（2）等效直流电阻DCR或RDC

该参数表示通过直流电时电感器的电阻值。这个参数影响最大最直接的就是发热损耗，也叫DC损耗或铜损，DCR越小，损耗也就越低。

一般来说，感值给定的前提下，DCR与电感尺寸成反比，在电感尺寸给定前提下，感值越大，DCR越大。开关电源中倾向于选择DCR更小的电感器。而且在大电流应用中DCR带来的直流损耗要明显大于其AC损耗。下图4简单列出了电感损耗的构成：

图4.电感损耗的构成

（3）饱和电流Isat

Isat是指磁介质的饱和电流，一般在B-H曲线中对应于磁介质达到Bm对应的Hm所需的DC电流量的大小，对于电感而言，可以简单理解为电感量下降到标称电感值的一定比例时的电流大小。例如上图3中所示，电感**R0MD1饱和电流36A就表示在电感量下跌20%时的电流大小为36A。下图5即为不同感值电感器的DC电流和电感量之间的关系，从图中可清晰读到任意电感的饱和电流。

图5. 电感电流VS电感值

（4）温升电流Irms

Irms是指电感器的额定电流，即该电感器使用过程中表面达到一定温度时所对应的DC电流值。例如上图3中所示，电感**R0MD1温升电流18A就表示在电感温度从25℃上升到40℃情况下通过的DC电流值为18A。下图6即为不同感值电感器的DC电流和电感器温升之间的关系，从图中可清晰读到电感器在一定温升条件下的DC电流值。