在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，電感的設(shè)計(jì)給工程師帶來了許多挑戰(zhàn)。工程師不僅必須選擇電感值，還必須考慮電感器可以承受的電流，繞組電阻，機(jī)械尺寸等。
本文重點(diǎn)介紹：直流電流對電感器的影響。這還將為選擇正確的電感器提供必要的信息。
了解電感的功能電感通常被理解為開關(guān)電源輸出處LC濾波器電路中的L（C是輸出電容器）。盡管這種理解是正確的，但是為了理解電感器的設(shè)計(jì)，有必要對電感器的性能有更深入的了解。
在降壓轉(zhuǎn)換（Fairchild典型的開關(guān)控制器）中，電感器的一端連接到直流輸出電壓。另一端通過開關(guān)頻率切換連接到輸入電壓或GND。
在狀態(tài)1期間，電感器通過（高側(cè)“高側(cè)”）MOSFET連接到輸入電壓。在狀態(tài)2期間，電感器連接到GND。
由于使用了這種類型的控制器，可以以兩種方式實(shí)現(xiàn)電感接地：通過二極管接地或通過（低側(cè)“）MOSFET接地。如果是后一種方法，則將該轉(zhuǎn)換器稱為“同步”轉(zhuǎn)換器。
方法。現(xiàn)在考慮流過電感器的電流在這兩種狀態(tài)下如何變化。
在狀態(tài)1期間，電感器的一端連接到輸入電壓，另一端連接到輸出電壓。對于降壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓必須高于輸出電壓，因此在電感器上會形成正向壓降。
相反，在狀態(tài)2的過程中，最初連接到輸入電壓的電感器的一端接地。對于降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓必須為正，因此電感兩端將形成負(fù)壓降。
我們使用公式來計(jì)算電感器上的電壓：V = L（dI / dt）因此，當(dāng)電感器上的電壓為正（狀態(tài)1）時，電感器上的電流將增加；而電感器上的電流將增加。當(dāng)電感上的電壓為負(fù)（狀態(tài)2）時，電感上的電流將減小。
流過電感的電流：我們可以看到流過電感的最大電流是DC電流加上開關(guān)峰峰值電流的一半，也稱為紋波電流。根據(jù)上面的公式，我們可以計(jì)算出峰值電流：其中，ton是狀態(tài)1的時間，T是開關(guān)周期（開關(guān)頻率的倒數(shù)），DC是狀態(tài)1的占空比。
警告：以上計(jì)算基于以下假設(shè)：每個組件上的電壓降（MOSFET上的導(dǎo)通電壓降，異步電路中電感器的導(dǎo)通電壓降或肖特基二極管的正向電壓降）與輸入相當(dāng)和輸出電壓被忽略。如果設(shè)備的跌落不可忽略，則必須使用公式進(jìn)行精確計(jì)算。
其中，Rs是感應(yīng)電阻的電阻加上電感繞組電阻的電阻。 Vf是肖特基二極管的正向壓降。
R是Rs加MOSFET的導(dǎo)通電阻，R = Rs + Rm。隨著電感器芯的飽和，我們可以通過計(jì)算出的峰值電感器電流找出在電感器上產(chǎn)生的信號。
容易知道，隨著流經(jīng)電感器的電流的增加，電感值會減小。這是由于磁芯材料的物理特性。
減小多少電感很重要：如果減小很多電感，轉(zhuǎn)換器將無法正常工作。當(dāng)通過電感器的電流太大以至于電感器有效時，此時的電流稱為“飽和電流”。
這也是電感的基本參數(shù)。實(shí)際上，轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)功率電感器將始終具有“軟”開關(guān)。
飽和。為了理解這個概念，您可以觀察到實(shí)際測得的電感與直流電流的關(guān)系曲線：當(dāng)電流增加到一定水平時，電感不會急劇下降，這被稱為“軟”電感。
飽和特性。如果電流再次增加，電感將被損壞。
注意：在許多類型的電感中都存在電感降。例如：環(huán)形線圈，有間隙的E型鐵心等。
但是，棒狀鐵心的電感不會有此變化。通過這種軟飽和特性，我們可以知道為什么在所有轉(zhuǎn)換器中都規(guī)定了直流輸出電流下的最小電感。
紋波電流的變化不會嚴(yán)重影響電感。在所有應(yīng)用中，希望紋波電流盡可能小，因?yàn)樗鼘⒂绊戄敵鲭妷旱募y波。
這就是為什么每個人都一直在乎的原因