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摘要
电感器是开关转换器中十分重要的元器件，如用于储能及功率滤波器。电感器的品种繁多，例如用于差别的应用（从低频到高频），或因铁芯质料差别而影响电感器的特征等等。用于开关转换器的电感器属于高频的磁性组件，然而因质料、工做前提（如电压与电流）、情况温度等种种因素，所呈现的特征和理论上差别很大。因而在电路设想时，除了电感值那个根本参数外，仍须考虑电感器的阻抗与交换电阻和频次的关系、铁芯丧失及饱和电流特征等等。本文将介绍几种重要的电感铁芯质料及其特征，也引导电源工程师选择市售尺度的电感器。
媒介
电感器（inductor）是一种电磁感应组件，用绝缘的导线在绕线收架（bobbin）或铁芯（core）上绕造必然匝数的线圈（coil）而成，此线圈称为电感线圈或电感器。按照电磁感应原理，当线圈与磁场有相对运动，或是线圈通过交换电流产生交变磁场时，会产生感应电压来抵御原磁场变革，而此按捺电流变革的特征就称为电感（inductance）。
电感值的公式如式（1），其与磁导率、绕组匝数N的平方、及等效磁路截面积Ae成反比，而与等效磁路长度le成反比。电感的品种良多，各适用于差别的应用之中；电感量与线圈绕组的外形、大小、绕线体例、匝数、及中间导磁质料的品种等有关。
（1）
电感依铁芯外形差别有环型（toroidal）、E型（E core）及工字鼓型（drum）；依铁芯材量而言，次要有陶瓷芯（ceramic core）及两大软磁类，别离是铁氧体（ferrite）及粉末铁芯（metallic powder）等。依构造或封拆体例差别有绕线式（wire wound）、多层式（multi-layer）及冲压式（molded），而绕线式又有非遮蔽式（non-shielded）、加磁胶之半遮蔽式（semi-shielded）及遮蔽式（shielded）等。
电感器在曲流电流好像短路，对交换电流则呈现高阻抗，在电路中的根本用处有扼流、滤波、调谐、储能等。在开关转换器的应用中，电感器是最重要的储能组件，且与输出电容构成低通滤波器，将输出电压涟波变小，因而也在滤波功用上饰演重要角色。
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本文将介绍电感器的各类铁芯质料及其特征，也将介绍一些电感器之电气特征等，以做为电路设想时，挑选电感器的重要评价参考。在应用实例中，将透过现实规范介绍若何计算电感值，及若何挑选市售尺度的电感器。
磁性元件的设想是开关电源设想中的重点和难点，究其原因是磁性元件属非尺度件，其设想时需考虑的设想参数浩瀚，工艺问题也较为凸起，散布参数复杂。为帮忙硬件工程师尽快领会磁性元件，优化设想并削减设想中的错误，特造定此标准。
1 电磁学根本概念及公式1.1 根本概念
1）磁通：穿过磁路的磁力线的总数，以Ф暗示，单元韦伯（Wb）。
2）磁通密度（磁感应强度）：垂曲于磁力线的标的目的上单元面积的磁通量，以B暗示，单元高斯（Gauss）或特斯拉（T），1 T=104Gauss。
3）磁场强度：单元磁极在磁场中的磁力，以H暗示，单元安[培]每米（A/m）或奥斯特（Oe），1 Oe=103/4π A/m。
4）磁导率：磁通密度与磁场强度之比，以μ暗示，现实利用中凡是指相关于实空的磁导率，实空中的磁导率μ0 =4π×10-7 H/m。
5）磁体：磁导率远大于μ0的物量，如铁，镍，钴及其合金或氧化物等。
6）居里温度点：磁体在温度升高时，其磁导率下降，当温度高到某一点时，磁性根本消逝，此温度称为居里温度点。
7）磁势：成立磁通所需之外力，以F暗示。
8）自感：磁通变革率与电流变革率之比称为自感，以L暗示。
9）互感：因为A线圈电流变革而引起B线圈磁通变革的现象，B线圈的磁通变革率与A线圈的电流变革率之比称为A线圈对B线圈的互感，以M暗示。
1.2 根本公式
法拉第电磁感应定律：
穿过闭合回路的磁通发作变革，回路中会产生感应电流。若是回路不闭合，无感应电流，但感应电动势仍然存在，感应电动势的大小：
磁场中的磁体存储的能量为：
电学与磁学的对偶关系表：
2 磁元件的根本特征2.1 磁滞效应（Hysteresis Effect）：
磁化过程中，磁通密度B的变革较磁化力F的变革迟缓的现象称为磁滞。
2.2 霍尔效应（Hall Effect）：
流过电流的导体穿过磁场时，在导体两头产生感应电势的现象，称为霍尔效应。
2.3 临近效应（Proximity Effect）
流过电流的导线会产生磁场，相邻的导线在彼此的磁场（也能够是外加磁场）感化下会产生电流挤到导体一边的现象成为临近效应。相邻层的导线若电流标的目的不异，电流会往外侧挤，相邻层的导线若电流标的目的相反，电流会往外内侧挤，如下图所示。临近效应会招致导体的操纵率下降，铜损增加（与趋肤效应类似）。
2.4 磁质料的饱和
跟着磁性质料中的磁场强度增加，其磁通密度也增大，但当磁场强度大到必然水平时，其磁通不再增加(见图3.1磁滞回线的Bs)，那称为磁饱和。
2.5 磁芯损耗
磁芯损耗次要由磁滞损耗和涡流损耗构成。
单元体积内的磁滞损耗反比与磁场交变的频次f 和磁滞回线的面积。
涡流损耗是指当通过磁芯的磁通交变时，会在磁芯中感应电势，该电势进而在磁芯中产生电流，从而产生损耗，它与磁芯质料的电阻率有关，与频次f 也有关。
电感的定义和原理
电感器(Inductor)是可以把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的构造类似于变压器，但只要一个绕组。电感器具有必然的电感，它只障碍电流的变革。若是电感器在没有电畅通过的形态下，电路接通时它将试图障碍电流流过它；若是电感器在有电畅通过的形态下，电路断开时它将试图维持电流稳定。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。
简单的说：通曲流，障碍交换。
1、电感的感化
通曲流阻交换那是简单的说法，对交换信号停止隔离,滤波或与电容器,电阻器等构成谐振电路。
调谐与选频电感的感化：电感线圈与电容器并联可构成LC调谐电路。即电路的固有振荡频次f0与非交换信号的频次f相等，则回路的感抗与容抗也相等，于是电磁能量就在电感、电容之间来回振荡，那就是LC回路的谐振现象。谐振时因为电路的感抗与容抗等值又反向，因而回路总电流的感抗最小，电流量更大（指f=f0的交换信号），所以LC谐振电路具有选择频次的感化，能将某一频次f的交换信号选择出来。
磁环电感的感化：磁环与毗连电缆构成一个电感器(电缆中的导线在磁环上绕几圈做为电感线圈)，它是电子电路中常用的抗干扰元件，关于高频噪声有很好的屏障感化，故被称为吸收磁环，因为凡是利用铁氧体质料造成，所以又称铁氧体磁环(简称磁环)。在图中，上面为一体式磁环，下面为带安拆夹的磁环。磁环在差别的频次下有差别的阻抗特牲。一般在低频时阻抗很小，当信号频次升高后磁环的阻抗急剧变大。可见电感的感化如斯之大，各人都晓得，信号频次越高，越容易辐射进来，而一般的信号线都是没有屏障层的，那些信号线就成了很好的天线，领受四周情况中各类杂乱的高频信号，而那些信号叠加在本来传输的信号上，以至会改动本来传输的有用信号，严峻干扰电子设备的一般工做，因而降低电子设备的电磁干扰(EM)已经是必需考虑的问题。在磁环感化下，即便一般有用的信号顺利地通过，又能很好地按捺高频于扰信号，并且成本低廉。
电感的感化还有挑选信号、过滤噪声、不变电流及按捺电磁波干扰等重要的感化。
我们凡是所说的电感指的是电感器件，它是用绝缘导线(例如漆包线,沙包线等)绕造而成的电磁感应元件。
在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感。
电感是权衡线圈产生电磁感应才能的物理量。给一个线圈通入电流，线圈四周就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。尝试证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成反比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。
2、电感的分类:
按电感形式 分类：固定电感、可变电感。
按导磁体性量分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。
按工做性量 分类：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。
电感按电感的感化可分为振荡电感,校正电感,显像管偏转电感,阻流电感,滤波电感,隔离电感,被偿电感等.
振荡电感又分为电视机行振荡线圈,工具枕形校正线圈等.
显像管偏转电感分为行偏转线圈和场偏转线圈.
阻流电感(也称阻流圈)分为高频阻流圈,低频阻流圈,电子镇流器用阻流圈,电视机行频阻流圈和电视机场频阻流圈等.
滤波电感分为电源(工频)滤波电感和高频滤波电感等.
按绕线构造 分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
按工做频次 分类： 高频电感,中频电感和低频电感.
空心电感,磁心电感和铜心电感一般为中频或高频电感,而铁心电感大都为低频电感.
按构造特点 分类：磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。
电感按其构造的差别可分为线绕式电感和非线绕式电感(多层片状,印刷电感等),还可分为固定式电感和可调式电感.
固定式电感又分为空心电子表感器,磁心电感,铁心电感等,按照其构造外形和引脚体例还可分为立式同向引脚电感,卧式轴向引脚电感,大中型电感,玲珑小巧型电感和片状电感等.
可调式电感又分为磁心可调电感,铜心可调电感,滑动接点可调电感,串联互感可调电感和多抽头可调电感.
3、电感的符号
电感标的目的性：无标的目的
电感在电路中的根本感化：滤波、振荡、延迟、陷波等,形象说法：“通曲流，阻交换”
在电子线路中，电感线圈对交换有限流感化，它与电阻器或电容器能构成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器能够停止交换耦合、变压、变流和阻抗变更等。
由感抗XL=2πfL 知,电感L越大，频次f越高，感抗就越大。该电感器两头电压的大小与电感L成反比，还与电流变革速度△i/△t成反比，那关系也可用下式暗示：,即U=LdI/dt只要电感L足够大，即便整流输出电压低到为0，电感中仍有正向电流，并使负载上连结必然的正向电压。
电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式贮存电能，贮存的电能大小可用下式暗示：WL=1/2 Li2 。可见，线圈电感量越大，流过越大，贮存的电能也就越多。
查抄电感好坏办法：用电感丈量仪丈量其电感量；用万用表丈量其通断，抱负的电感电阻很小，近乎为零。
4、电感的材量及工艺
电感器一般由骨架、绕组、屏障罩、封拆质料、磁心等构成。
1）骨架：泛指绕造线圈的收架。凡是是接纳塑料、胶木、陶瓷造成，按照现实需要能够造成差别的外形。小型电感器 一般不利用骨架，而是间接将漆包线绕在磁心上。空心电感器不消磁心、骨架和屏障罩等，而是先在模具上绕好后再 脱去模具，并将线圈各圈之间拉开必然间隔。
2）绕组：指具有规定功用的一组线圈，有单层和多层之分。单层有密绕和间绕两种形式；多层有分层平绕、乱绕、蜂 房式绕法等多种。
3）磁心：一般接纳镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等质料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种外形。
铁心：次要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为“E”型。
4）屏障罩：用于为制止有些电感器在工做时产生的磁场影响其它电路及元器件一般工做。接纳屏障罩的电感器，会增 加线圈的损耗，使Q值降低。
5）封拆质料：有些电感器（如色码电感器、色环电感器等）绕造好后，用封拆质料将线圈和磁心等密封起来。封拆材 料接纳塑料或环氧树脂等。
铁芯质料之品种
用于开关转换器的电感器属于高频磁性组件，中心的铁芯质料最是影响电感器之特征，如阻抗与频次、电感值与频次、或铁芯饱和特征等。以下将介绍几种常见的铁芯质料及其饱和特征之比力，以做为选择功率电感的重要参考：
1. 陶瓷芯
陶瓷芯是常见的电感质料之一，次要是用来供给线圈绕造时所利用的支持构造，又被称为「空芯电感」（air core inductor）。因所利用的铁芯为非导磁质料，具有十分低的温度系数，在操做温度范畴中电感值十分不变。然而因为以非导磁质料为介量，电感量十分低，并非很合适电源转换器的应用。
2. 铁氧体
一般高频电感所用的铁氧体铁芯是含有镍锌（NiZn）或锰锌（MnZn）之铁氧体化合物，属于矫顽磁力（coercivity）低的软磁类铁磁质料。图1为一般磁铁芯之磁滞曲线（B-H loop），磁性质料的矫顽磁力HC亦称为保磁力，系指当磁性质料已磁化到磁饱和后，使其磁化强度（magnetization）减为零时所需的磁场强度。矫顽力较低代表抵御退磁才能较低，也意味着磁滞丧失较小。
锰锌及镍锌铁氧体具有较高的相对磁导率（relative permeability；μr），别离为约1500～15000及100～1000，其高导磁特征使得铁芯在必然体积下可有较高的电感量。然而，缺点是其可耐受的饱和电流较低，且铁芯一旦饱和，磁导率会急遽下降，可参考图4所示铁氧体与粉末铁芯在铁芯饱和时磁导率下降趋向的比力。当用于功率电感时，会在主磁路留气隙（air gap），可降低磁导率、制止饱和及贮存较多能量；含有气隙时的等效相对磁导率约可在20-200之间。因为质料自己的高电阻率可降低涡电流（eddy current）形成的损耗，因而在高频时丧失较低，较适用于高频变压器、EMI滤波电感及电源转换器的储能电感。以操做频次而言镍锌铁氧体合适用在（＞1 MHz），而锰锌铁氧体适用于较低的频段（＜2 MHz）
图1、磁铁芯之磁滞曲线（BR：剩磁；BSAT：饱和磁通密度）
3. 粉末铁芯
粉末铁芯亦属于软磁类铁磁质料，是由差别质料的铁粉合金或只要铁粉所造成，配方中有颗粒大小差别的非导磁质料，因而饱和曲线较为缓和。粉末铁芯多以环型（toroidal）呈现居多，如图2所示为粉末铁芯及其截面图。
图2、粉末铁芯之截面图
常见的粉末铁芯有铁镍钼合金（MPP）、铁硅铝合金（Sendust）、铁镍合金（high flux）及铁粉芯（iron powder）等。因所含成分差别，其特征及价格也有所差别，因而影响电感器的选择。以下将别离介绍前述之铁芯品种并比力其特征：
A. 铁镍钼合金（MPP）
铁镍钼合金简称MPP，是molypermalloy powder的缩写，相对磁导率约14～500，饱和磁通密度约7500高斯（Gauss），比铁氧体的饱和磁通密度（约4000～5000高斯）超出跨越许多。MPP具有最小的铁损，在粉末铁芯中，温度不变性更好。当外加曲流电流达饱和电流ISAT时，电感值迟缓降低，不会急剧衰减。MPP的性能较佳，但成本较高，凡是做为电源转换器之功率电感及EMI滤波之用。
B. 铁硅铝合金 (Sendust)
铁硅铝合金铁芯是由铁、硅、及铝构成之合金铁芯，相对磁导率约26～125。铁损介于铁粉芯与MPP及铁镍合金之间。饱和磁通密度比MPP高，约10500高斯。温度不变性及饱和电流特征比MPP及铁镍合金略微逊色，但较铁粉芯及铁氧体铁芯为佳，相对成本较MPP及铁镍合金廉价。多应用于EMI滤波、功因批改（PFC）电路及开关电源转换器之功率电感。
C. 铁镍合金（high flux）
铁镍合金铁芯是由铁及镍组合而成，相对磁导率约14～200，铁损及温度不变性均介于MPP及铁硅铝合金之间。铁镍合金铁芯的饱和磁通密度更高，约15000高斯，且可耐受曲流偏置电流较高，其曲流偏置特征也较好。应用范畴有功因批改、储能电感、滤波电感、返驰式转换器之高频变压器等。
D. 铁粉芯（iron powder）
铁粉芯是由颗粒十分小、相互间绝缘的高纯度铁粉颗粒造成，造做过程使其具有散布式的气隙。常见的铁粉芯之外形除了环型外，另有E型及冲压式。铁粉芯之相对磁导率约10～75，约15000高斯之高饱和磁通密度。在粉末铁芯中，铁粉芯的铁损更高，但成本更低。
铁镍钼
铁镍合金
铁硅铝合金
铁粉芯
铁损
更低
适中
低
高
曲流偏置特征
较好
更好
优良
通俗
饱和磁通密度(Gauss)
7,500
15,000
10,500
15,000
相对磁导率
14-550
14-200
26-125
10-75
相对成本
高
中等
低
更低
温度不变性
更好
较好
优良
差
表1粉末铁芯特征之比力
表1列出了以上四种粉末铁芯之比力。以现实应用而言，此中铁硅铝合金的特征在各方面均不错，相对成本低，具有高性价比，因而常被用于EMI滤波电感。
图3所示为TDK所造之PC47锰锌铁氧体与MICROMETALS所造之铁粉芯-52及-2的B-H曲线；锰锌铁氧体的相对磁导率远高于铁粉芯，饱和磁通密度也相差良多，铁氧体约5000高斯而铁粉芯大于10000高斯以上。
图3、锰锌铁氧体与差别材量铁粉芯的B-H曲线
综合上述，铁芯饱和特征各有差别；一旦超越饱和电流，铁氧体铁芯的磁导率会陡降，而铁粉芯则可迟缓降低。图4所示即为具有不异磁导率的粉末铁芯与有气隙的铁氧体在差别磁场强度下的磁导下降特征。那也解释了铁氧体铁芯电感，因磁导率在铁芯饱和时骤降，由式（1）可知，也形成电感量骤降；而有散布式气隙的粉末铁芯，磁导率在铁芯饱和时是迟缓下降，因而电感量也降低得比力缓和，即有较好的曲流偏置特征。在电源转换器的应用中，此特征很重要；若电感的缓饱和特征欠安时，电感电流上升抵达饱和电流，电感量突降会形成开关晶体的电流应力突升，容易形成损坏。
图4、粉末铁芯与有气隙的铁氧体铁芯在差别磁场强度下的磁导下降特征
磁芯的外形分类：
上图磁芯的组合即可构成完好的Core。
常用Core的外形有：EE、EI、ETD、DR、TOROID
铁窗面积Ae ：铁芯的有效横截面积
铜窗面积Aw ：可操纵的绕线横截面积
绕线系数 Kw ：现实有效绕线横截面积与可操纵的绕线横截面积之比
等效磁路长度：磁芯的等效磁途径长度
电感系数AL ：，那个系数表示的是统一个铁芯的感值与圈数的关系，可见关于确定
的铁芯，感值与圈数的平方成反比。
磁芯损耗（铁损）Pcoreloss：
线圈损耗（铜损）Pcoilloss：
电感器之电气特征及封拆构造
在设想开关转换器并挑选电感器时，电感值L、阻抗Z、交换电阻ACR与Q值（quality factor）、额定电流IDC与ISAT、以及铁芯丧失（core loss）等等重要的电气特征都必需考虑。此外，电感器的封拆构造会影响漏磁大小，进而影响EMI。以下将别离切磋上述之特征，以做为选择电感器之考虑。
1. 电感值（L）
电感器之电感值在电路设想时为最重要的根本参数，但必需看在工做频次下此电感值能否不变。电感的标称值凡是是在没有外加曲流偏置的前提下，以100 kHz或1 MHz所量得。且为确保大量主动化消费的可能性，电感之容差值（tolerance）凡是是 ±20%（M）与±30%（N）居多。图5为操纵Wayne Kerr的LCR表量测Taiyo Yuden 电感NR4018T220M之电感－频次特征图，如图所示，在5 MHz之前电感值的曲线较为平展，电感值几乎可视为常数。在高频段因寄生电容与电感所产生的谐振，电感值会上升，此谐振频次称为自我谐振频次（self-resonant frequency；SRF），凡是需远高于工做频次。
图5、Taiyo Yuden NR4018T220M电感-频次特征之量测图
2. 阻抗（Z）
如图6，从阻抗图也能够看出电感在差别频次下的表示。电感的阻抗约与频次成反比（Z=2πfL），因而频次愈高，电抗会比交换电阻大良多，所以阻抗表示就好像纯电感（相位为90˚）。而再往高频，因为寄生电容效应，能够看到阻抗的自我谐振频次点，过了此点阻抗下降呈现电容性，且相位逐步转为-90 ˚。
图6、Taiyo Yuden电感NR4018T220M之阻抗－频次特征
3. Q值与交换电阻（ACR）
Q值在电感的定义中为电抗与电阻的比值，也就是阻抗中虚数部门与实数部门的比，如式（2）。
（2）
此中XL为电感器之电抗，RL为电感器之交换电阻。
在低频段，交换电阻比电感形成的电抗大，所以其Q值很低；跟着频次增加，电抗（约为2πfL）愈来愈大，即便电阻因集肤效应（skin effect）与临近（proximity effect）效应愈来愈大，Q值仍随频次增加；在接近SRF时，电感抗逐步为电容抗抵消，Q值又逐步变小；在SRF时变成零，因电感抗与电容抗完全相消。图7为NR4018T220M之Q值与频次的关系图，其关系呈现倒钟形。
图7、Taiyo Yuden电感NR4018T220M之Q值与频次的关系图
在电感的应用频段里，Q值愈高愈好；暗示其电抗远大于交换电阻。一般而言，Q值更好到达40以上，暗示此电感的量量佳。然而，一般随曲流偏置增加，电感值会下降，Q值也会降低。若接纳扁平漆包线或多股漆包线，能够降低集肤效应，即交换电阻，也就能够提拔电感的Q值。
曲流电阻DCR一般多认为是铜线的曲流电阻，此电阻可依线径与长度计算。然而大部门小电流SMD电感在绕线末端会用超音波焊接做SMD的铜片，但因为铜线长度不长，电阻值不高，因而焊接电阻常会占整体曲流电阻相当的比例。以TDK之绕线式SMD电感CLF6045NIT-1R5N为例，其量测曲流电阻为14.6mΩ，而依线径及长度计算之曲流电阻为12.1mΩ。成果显示此焊接电阻约占整体曲流电阻的17%。
交换电阻ACR则因有集肤效应与临近效应，而会形成ACR随频次增加；一般电感的应用，因交换成份远低于曲流成份，所以ACR形成的影响其实不明显；但是在轻载时，因为曲流成份降低，ACR形成的损耗便不克不及忽略。集肤效应即在交换的前提下，导体内部电流散布不平均而集中在导线的外表，形成等效导线截面积降低，进而使导线的等效电阻随频次进步。别的，在一个导线绕组中，相邻的导线会因电流形成磁场的相加减，使得电流集中在导线临近的外表（或最远的外表，视电流标的目的而定），同样形成等效导线截面积降低，等效电阻进步的现象，即所谓的临近效应；在一个多层绕组的电感应用里，临近效应更是明显。
图8为绕线式SMD电感NR4018T220M的交换电阻与频次关系图。在频次为1kHz时，电阻约为360mΩ；到了100kHz，电阻上升到775mΩ；在10MHz时电阻值接近160Ω。在预算铜损时，其计算须考虑集肤与临近效应形成的ACR，并批改成式（3）。
（3）
IAC,i为某谐波频次的RMS电流，RAC,i为该频次下之交换电阻。
图8、NR4018T220M之交换电阻与频次关系图
4. 饱和电流（ISAT）
在开关电源的设想中电感的设想为工程师带来的许多的挑战。工程师不只要选择电感值，还要考虑电感可接受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注于解释：电感上的DC电流效应。那也会为选择适宜的电感供给需要的信息。
理解电感的功用
电感常常被理解为开关电源输出端中的LC滤波电路中的L(C是此中的输出电容)。固然如许理解是准确的，但是为了理解电感的设想就必需更深切的领会电感的行为。
在降压转换中(Fairchild典型的开关控造器)，电感的一端是毗连到DC输出电压。另一端通过开关频次切换毗连到输入电压或GND。
在形态1过程中，电感会通过(高边 “high-side”)MOSFET毗连到输入电压。在形态2过程中，电感毗连到GND。因为利用了那类的控造器，能够接纳两种体例实现电感接地：通过二极管接地或通过(低边“low-side”)MOSFET接地。若是是后一种体例，转换器就称为“同步(synchronus)”体例。
如今再考虑一下在那两个形态下贱过电感的电流是若是变革的。在形态1过程中，电感的一端毗连到输入电压，另一端毗连到输出电压。关于一个降压转换器，输入电压必需比输出电压高，因而会在电感上构成正向压降。相反，在形态2过程中，本来毗连到输入电压的电感一端被毗连到地。关于一个降压转换器，输出电压一定为正端，因而会在电感上构成负向的压降。
我们操纵电感上电压计算公式：
V=L(dI/dt)
因而，当电感上的电压为正时(形态1)，电感上的电流就会增加;当电感上的电压为负时(形态2)，电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2所示：
通过上图我们能够看到，流过电感的更大电流为DC电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。按照上述的公式，我们能够计算出峰值电流：
此中，ton是形态1的时间，T是开关周期(开关频次的倒数)，DC为形态1的占空比。
警告：上面的计算是假设各元器件(MOSFET上的导通压降，电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降)上的压降比照输入和输出电压是能够忽略的。
若是，器件的下降不成忽略，就要用下列公式做切确计算：
同步转换电路：
异步转换电路：
此中，Rs为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。Vf 是肖特基二极管的正向压降。R是Rs加MOSFET导通电阻，R=Rs+Rm。
电感磁芯的饱和度
通过已经计算的电感峰值电流，我们能够发现电感上产生了什么。很容易会晓得，跟着通过电感的电流增加，它的电感量会减小。那是因为磁芯质料的物理特征决定的。电感量会削减几就很重要了：若是电感量减小良多，转换器就不会一般工做了。当通过电感的电流大到电感实效的水平，此时的电流称为“饱和电流”。那也是电感的根本参数。
现实上，转换电路中的开关功率电感总会有一个“软”饱和度。要领会那个概念能够察看现实丈量的电感Vs DC电流的曲线：
当电流增加到必然水平后，电感量就不会急剧下降了，那就称为“软”饱和特征。若是电流再增加，电感就会损坏了。
留意：电感量下降在良多类的电感中城市存在。例如：toroids，gapped E-cores等。但是，rod core电感就不会有那种变革。
有了那个软饱和的特征，我们就能够晓得在所有的转换器中为什么城市规定在DC输出电流下的最小电感量;并且因为纹波电流的变革也不会严峻影响电感量。在所有的应用中都希望纹波电流尽量的小，因为它会影响输出电压的纹波。那也就是为什么各人老是很关心DC输出电流下的电感量，而会在Spec中忽略纹波电流下的电感量
饱和电流ISAT一般是标注在电感值衰减在10%、30%或40%之情况下的偏置电流。以气隙铁氧体而言，因其饱和电流特征十分急遽，10%与40%相差不大，可参考图4。但若是是铁粉芯（如冲压式电感），饱和曲线比力缓和，如图9，电感衰减10%或40%的偏置电流相差良多，因而就饱和电流值，二种铁芯将分隔切磋如下。
关于一个气隙铁氧体，以ISAT做为电路应用更大的电感电流上限点是合理的。但若是是铁粉芯，因为缓饱和特征，即使应用电路更大电流超越ISAT也不会发作问题，因而那种铁芯特征最合适开关转换器的应用。在重载时，固然电感器之电感值较低，如图9，形成电流涟波因子较高，但现今的电容电流耐受度高，因而其实不会成为问题。在轻载时，电感器之电感值较大，有助于降低电感的涟波电流，进而降低铁损。图9比力了TDK之绕线式铁氧体SLF7055T1R5N及冲压式铁粉芯电感SPM6530T1R5M，在不异电感标称值下的饱和电流曲线。
图9、绕线式铁氧体与冲压式铁粉芯在不异电感标称值下的饱和电流曲线
5. 额定电流（IDC）
IDC值为当电感温升为Tr˚C时的曲流偏置。规格书同时标注其在20˚C的曲流电阻值RDC。依铜导线的温度系数约为3,930 ppm，在Tr温升时，其电阻值为RDC_Tr = RDC（1+0.00393Tr），其功耗为PCU = I2DCxRDC。此铜损功耗在电感器外表闲逸，可计算出电感的热阻ΘTH：
（4）
表2为参考TDK VLS6045EX系列（6.0x6.0x4.5mm）的data sheet，并计算出在温升40˚C时之热阻。显然不异系列及尺寸的电感，因外表散热面积一样，其计算所得之热阻也相差无几；换句话说，能够预算差别电感的额定电流IDC。差别系列（封拆）的电感，其热阻也差别。表3即比力了TDK VLS6045EX系列（semi-shielded）及SPM6530系列（molded）之电感的热阻。热阻愈大，暗示此电感流过负载电流时所产生的温升较高；反之则较低。
表2、VLS6045EX系列电感在温升40˚C时之热阻
从表3可知，即便电感的尺寸附近，因为冲压式电感的热阻低，即散热较好。
表3、差别封拆电感的热阻比力
在DC-DC转换器中，电感器是仅次于IC的核心元件。通过选择得当的电感器，可以获得较高的转换效率。在选择电感器时所利用的次要参数有电感值、额定电流、交换电阻、曲流电阻等，在那些参数中还包罗功率电感器特有的概念。例如，功率电感器的额定电流有两种，它们之间的差别是什么呢？
为了答复如许的疑问，我们在那里对功率电感器的额定电流停止申明。
存在两种额定电流的原因
功率电感器的额定电流有"基于自我温度上升的额定电流"和"基于电感值的变革率的额定电流"两种决定办法，别离具有重要的意义。"基于自我温度上升的额定电流"是以元件的发热量为目标的额定电流规定，超出该范畴利用时可能会招致元件破损及组件毛病。
与此同时，"基于电感值的变革率的额定电流"是以电感值的下降水平为目标的额定电流规定，超出该范畴利用时可能会因为纹波电流的增加而招致IC控造不不变。此外，按照电感器的磁路构造的差别，磁饱和的倾向（即电感值的下降倾向）有所差别。图1是暗示差别磁路构造所招致的电感值的变革的示企图。关于开磁路类型，跟着曲流电流的增加，到规定电流值为行呈现比力平展的电感值，但以规定电流值为境界电感值急剧下降。相反，闭磁路类型跟着曲流电流的增加，透磁率的数值逐步削减，因而电感值迟缓下降。
功率电感规格书中对额定电流参数仅说明介量的饱和电流Isat值。
小常识：Isat与rms的区别
Isat与Irms是我们工程人员常常会碰着的手艺术语，但因有些客户的问题，时常将两者混淆，形成工程手艺上的错误。Isat与Irms两者别离暗示什么，中文又是指什么? Isat与Irms两者若何定义，它们与那些因素有关?我们在电感设想时，若何定义?
Isat：指磁介量的饱和电流，鄙人图B-H曲线中，是指磁介量到达Bm对应的Hm所需的DC电流量的大小，关于电感，即电感下降到必然比例后的电流大小，如SRI1207-4R7M产物，电感下跌20%的电流为8.4A，则Isat=8.4A。Isat计算公式如下：
设截面积为S、长为l，磁导率为μ的铁环上，绕以慎密的线圈N匝，线圈中通过的电流为I。則依磁路定律:
Hl/0.4π=NI=0.7958Hl
关于统一材量及呎吋的铁芯Hl依B-H曲线停止变革，但在统一斜率下，Hl是稳定的，因而:
N1*I1=Hl/0.4π=N2*I2
即:
N1/N2=I2/I1
Irms：指电感产物的应用额定电流，也称为温升电流，即产物应用时，外表到达必然温度时所对应的DC电流。
以下是以2520系列中的4.7uH叠层功率电感为例比照申明业界目前对电感器额定电流Irat、饱和电流Isat以及温升电流Irms标识情况。
叠层功率电感（铁氧体大电流电感）参数比对表
现状会误导工程师选型，产生隐患；
目前有相当部门叠层功率电感消费厂家对其产物额定电流规格都是沿用传统信号滤波处置用叠层电感额定电流尺度来定义，其按照电感的温升电流值来定义其额定工做电流。那种情况下产物设想工程师往往会根据传统功率电感选型经历并按照供给商电感规格书上定义的额定电流值来权衡其现实电路中的额定工做电流，如许一来很可能会招致因电感饱和电流低于电路的现实工做电流，会存在如下隐患：
A). 电感现实工做时因电流过大招致饱和，引起电感量下降幅渡过大形成电流纹波超出后级电路更大允许规格范畴形成电路干扰，从而无法一般工做以至损坏；
B).电路中现实工做电流超越电感的饱和电流有可能会因电感饱和电感量下降产活力械或电子噪音；
C).电路中现实工做电流超越电感的饱和电流会招致因电感饱和，其电感量下降引起电源带负载时输出电压&电流不不变，形成其它单位电路系统死机等不不变异常情形;
D).电感额定电流（包罗饱和和温升电流）选择余量不敷会招致其工做时外表温渡过高、整机效率降低、加速电感自己或整机老化使其寿命缩短.
6. 铁芯丧失（core loss）
铁芯丧失，简称铁损，次要由涡流损与磁滞损形成。涡流损大小次要是看铁芯质料能否容易「导电」；若导电率高，即电阻率低，涡流损就高，如铁氧体的电阻率高，其涡流损就相对的低。涡流损也与频次有关，频次愈高，涡流损愈大，因而铁芯质料会决定铁芯恰当的工做频次。一般而言，铁粉芯的工做频次可到1MHz，而铁氧体的工做频次则可到10MHz。若工做频次超越此频次，则涡流损会快速增加，铁芯温度也会进步。然而，跟着铁芯质料日新月异，更高工做频次的铁芯应是指日可待。
另一个铁损是磁滞损，其与磁滞曲线所围之面积成反比，即与电流交换成份的摆动（swing）幅度有关；交换摆幅愈大，磁滞损也愈大。
在电感器之等效电路中，常用一个并联于电感的电阻来暗示铁损。当频次等于SRF时，电感抗和电容抗抵消，等效电抗为零，此时电感器之阻抗即等效于此铁损电阻串联绕线电阻，且铁损电阻已远大于绕线电阻，所以在SRF时的阻抗就约等于铁损电阻。以一低压电感为例，其铁损电阻约在20kΩ摆布，若以电感两头的有效值电压5V来预算，其铁损约为1.25mW，那也申明了铁损电阻愈大愈好。
7. 封拆构造（shield structure）
铁氧体电感的封拆构造有非遮蔽式、加磁胶之半遮蔽式、与遮蔽式，而不管哪一种都存在相当的空气隙。显然此空气隙会有漏磁发作，且最坏的情况是会干扰周遭之小信号电路，或者，若是附近有导磁质料，其电感值也因而被改动。另一种封拆构造为冲压式铁粉电感，因为电感内部没有间隙，且绕组构造扎实，因而磁场闲逸问题较小。图10是操纵RTO 1004示波器之FFT功用量测冲压式电感上方及侧边3mm处之漏磁场大小。表4列出差别封拆构造电感的漏磁场大小比力，可看出非遮蔽式（non-shielded）电感之漏磁最严峻；冲压式（molded）电感的漏磁最小，显示其磁遮蔽效果更好。那两种构造的电感之漏磁场大小相差约14dB，也就是将近5倍。
图10、冲压式电感上方及侧边3mm处之所量测之漏磁场大小
表4、差别封拆构造电感之漏磁场大小比力
8. 耦合（coupling）
在一些应用傍边，有时PCB上会有多组曲流转换器，凡是会相邻摆列，且其对应之电感器也会相邻摆列的情况，若是利用非遮蔽式或加磁胶之半遮蔽式的电感器，可能会彼此耦合，构成EMI干扰。因而，在放置电感时，建议先标注电感的极性，将电感最内层之起绕点接到转换器之切换电压，如降压转换器的VSW，即动点，而将电感之外层出线端接到输出电容，即静点；铜线绕阻也因而好像构成必然水平的电场遮蔽。在多路转换器的布线摆设中，固定电感的极性，有助于固定互感的大小，制止一些意想不到的EMI问题。
9. 电感失效阐发
电感器失效形式：电感量和其他性能的超差、开路、短路
模压绕线片式电感失效机理：
1.磁芯在加工过程中产生的机械应力较大，未得到释放
2.磁芯内有杂量或浮泛磁芯质料自己不平均，影响磁芯的磁场情况，使磁芯的磁导率发作了误差；
3.因为烧结后产生的烧结裂纹；
4.铜线与铜带浸焊毗连时，线圈部门溅到锡液，融化了漆包线的绝缘层，形成短路；
5.铜线纤细，在与铜带毗连时，形成假焊，开路失效
1、耐焊性
低频片感经回流焊后感量上升 < 20％
因为回流焊的温度超越了低频片感质料的居里温度，呈现退磁现象。片感退磁后，片感质料的磁导率恢复到更大值，感量上升。一般要求的控造范畴是片感耐焊接热后，感量上升幅度小于20%。
耐焊性可能形成的问题是有时小批量手工焊时，电路性能全数合格（此时片感未整体加热，感量上升小）。但多量量贴片时，发现有部门电路性能下降。那可能是因为过回流焊后，片感感量会上升，影响了线路的性能。在对片感感量精度要求较严酷的处所（如信号领受发射电路），应加大对片感耐焊性的存眷。
检测办法：先丈量片感在常温时的感量值，再将片感浸入熔化的焊锡罐里10秒钟摆布，取出。待片感彻底冷却后，丈量片感新的感量值。感量增大的百分比既为该片感的耐焊性大小
2、可焊性
电镀简介
当到达回流焊的温度时，金属银（Ag）会跟金属锡（Sn）反响构成共熔物，因而不克不及在片感的银端头上间接镀锡。而是在银端头上先镀镍（2ｕm 摆布） ，构成隔断层，然后再镀锡（4－8ｕm ）。
可焊性检测
将待检测的片感的端头用酒精清洗清洁，将片感在熔化的焊锡罐中浸入4秒钟摆布，取出。若是片感端头的焊锡笼盖率到达90％以上，则可焊性合格。
可焊性不良
1）端头氧化：当片感触感染高温、湿润、化学品、氧化性气体（SO2、NO2等）的影响， 或保留时间过长，形成片感端头上的金属Sn氧化成SnO2，片感端头变暗。因为SnO2反面Sn、 Ag、Cu等生成共熔物，招致片感可焊性下降。片感产物保量期：半年。若是片感端头被污染，好比油性物量，溶剂等，也会形成可焊性下降
2）镀镍层太薄，吃银：若是镀镍时，镍层太薄不克不及起隔离感化。回流焊时，片感端头上的Sn和本身的Ag起首 反响，而影响了片感端头上的Sn和焊盘上的焊膏共熔，形成吃银现象，片感的可焊性下降。
判断办法：将片感浸入熔化的焊锡罐中几秒钟，取出。如发现端头呈现坑洼情况，以至呈现瓷体外露，则可判断 是呈现吃银现象的。
3、焊接不良
内应力
若是片感在造做过程中产生了较大的内部应力，且未采纳办法消弭应力，在回流焊过程中，贴好的片感会因为内应力的影响产生立片，俗称立碑效应。
判断片感能否存在较大的内应力，可采纳一个较简便的办法：
取几百只的片感，放入一般的烤箱或低温炉中，升温至230℃摆布，保温，察看炉内情况。如听见噼噼叭叭的响声，以至有片子跳起来的声音，申明产物有较大的内应力。
元件变形
若是片感产物有弯曲变形，焊接时会有放大效应。
焊接不良、虚焊
焊接一般
焊盘设想不妥
a.焊盘两头应对称设想，制止大小纷歧，不然两头的熔融时间和润湿力会差别
b.焊合的长度在0.3mm以上（即片感的金属端头和焊盘的重合长度）
c.焊盘余地的长度尽量小，一般不超越0.5mm。
d.焊盘的自己宽度不宜太宽，其合理宽度和MLCI宽度比拟，不宜超越0.25mm
贴片不良
当贴片时，因为焊垫的不服或焊膏的滑动，形成片感偏移了θ角。因为焊垫熔融时产生的润湿力，可能构成以上三种情况，此中自行归正为主，但有时会呈现拉的更斜，或者单点拉正的情况，片感被拉到一个焊盘上，以至被拉起来，斜立或曲立（立碑现象）。目前带θ角偏移视觉检测的贴片机可削减此类失效的发作
焊接温度
回流焊机的焊接温度曲线须按照焊料的要求设定，应该尽量包管片感两头的焊料同时熔融，以制止两头产生润湿力的时间差别，招致片感在焊接过程中呈现移位。如呈现焊接不良，可先确认一下，回流焊机温度能否呈现异常，或者焊料有所变动。
电感在急冷、急热或部分加热的情况下易破损，因而焊接时应出格留意焊接温度的控造，同时尽可能缩短焊接接触时间
回流焊保举温度曲线
手工焊保举温度曲线
4、上机开路
虚焊、焊接接触不良
从线路板上取下片感测试，片感性能能否一般
电流烧穿
如拔取的片感，磁珠的额定电流较小，或电路中存在大的冲击电流会形成电流烧穿，片感或磁珠 失效，招致电路开路。从线路板上取下片感测试，片感失效，有时有烧坏的陈迹。若是呈现电流烧穿，失效的产物数量会较多，同批次中失效产物一般到达百分级以上。
焊接开路
回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，招致有少少部门的内部存在开路隐患的片感的缺陷变大，形成片感开路。从线路板上取下片感测试，片感失效。若是呈现焊接开路，失效的产物数量一般较少，同批次中失效产物一般小于千分级。
5、磁体破损
磁体强度
片感烧结欠好或其它原因，形成瓷体强度不敷，脆性大，在贴片时，或产物受外力冲击形成瓷体破损
附出力
若是片感端头银层的附出力差，回流焊时，片感急冷急热，热胀冷缩产生应力，以及瓷体受外力冲击，均有可能会形成片感端头和瓷体别离、脱落；或者焊盘太大，回流焊时，焊膏熔融和端头反响时产生的润湿力大于端头附出力，形成端头毁坏。
片感过烧或生烧，或者造造过程中，内部产生微裂纹。回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，呈现晶裂，或微裂纹扩大，形成瓷体破损
2、电感选型规范：
我们需要重点考虑的电感的参数：
1、等效电阻：影响效率
2、电感值：影响纹波电流
计算出准确的电感值对选用适宜的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言十分重要。
从下图能够看出，流过开关电源电感器的电流由交换和曲流两种重量构成，因为交换重量具有较高的频次，所以它会通过输出电容流入地，产生响应的输出纹波电压dv=di×RESR。那个纹波电压应尽可能低，以免影响电源系统的一般操做，一般要求峰峰值为10mV~500mV。
纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸，纹波电流一般设定为更大输出电流的10%~30%，因而对降压型电源来说，流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。
在开关管开关的过程中，电感上电流的变革。
在开关管开关的过程中，电感的欧姆定律应用，计算：
输出的电流纹波，与电感值成反比，与开关频次成反比。
由上面公式可知，电感的感值越大，输出纹波电流就越小。但带来问题是动态响应（response time）变慢。若是电感感值较小，若是想输出电压的纹波也小，就需要进步开关频次，如许MOS管上的开关损耗就增加，电路效率下降。
第四部门 现实电路设想
BUCK型开关电源规格需求：5V0~24V0→1V~5V0 输出电流：2A
电源控造器备选型号：MP4420A（A暗示：CCM形式，H暗示：轻载降频形式）
PIN2PIN兼容：MPQ4420A-DJ（工业级），MPQ4420A-DJ-A（汽车级）
厂家：MPS
电源输出：3.3V
电源范畴要求：5%
电源纹波要求：2% 0.066V
开关频次：410kHz（320~500kHz）
占空比：12V转3V3: 27.5%
我们选定10uH电感之后，即确定了纹波电流：
纹波电流 = （12V-3.3V）*0.275/（0.00001*320000）=0.75A
我们选定的陶瓷电容的ESR：
含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。它们和ESR 之间的关系亲近，能够用下面的式子暗示：Urms = Irms × R 式中，Urms 暗示纹波电压 Irms 暗示纹波电流 R 暗示电容的 ESR。
由上可见，当纹波电流增大的时候，即便在 ESR 连结稳定的情况下，涟波电压也会成倍进步。换言之，当纹波电压增大时，纹波电流也随之增大，那也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠参加纹波电流后，因为电容内部的等效串连电阻（ESR）引起发热，从而影响到电容器的利用寿命。一般的，纹波电流与频次成反比，因而低频时纹波电流也比力低。
所以，关于输出电容来说，耐压的要乞降容量能够恰当的降低一点。ESR的要求则高一点，因为那里要包管的是足够的电畅通过量。但那里要留意的是ESR并非越低越好，低ESR电容会引起开关电路振荡。而消振电路复杂同时会招致成本的增加。板卡设想中，那里一般有一个参考值，此做为元件选用参数，制止消振电路而招致成本的增加。
我们把ESR设置为1欧姆：
我们把ESR设置为10mΩ：
幅度明显减小
若是我们用2个1Ω，100uF的电容，则会发现纹波电压进一步减小。一方面是电容在开关频次点的阻抗通过并联进一步减小，另一方面，ESR其实也是等效于并联。素质是ESR与电容串联后并联，招致输出电容在开关频次点上的阻抗明显减小。
ESR、电容的串并联公式等同于电阻的串并联公式。
按照陶瓷电容的datasheet
在410kHz附近，其ESR大约是2mΩ
所以纹波电压=0.75A*2mΩ=1.5mV
远小于66mV的纹波要求。
所以其实我们设想的时候，考虑到电感值的精度范畴、温度漂移。所以，按照我们的成本、PCB空间的要求，还能够恰当减小我们电感值的大小。但是，减小时，还需要考虑电感值最差的情况，对纹波停止评估。
第五部门 电感降额
电感元件的热点温度额定值与线圈线组的绝缘性能、工做电流、瞬态初始电流及介量耐压有关。
注：
1） THS 为额定热点温度。
2）只适用于扼流圈。
根据我们的设想需求，若是我们的瞬态电流为2A，则需要额定电流为2A/0.9=2.22A，我们需要选择额定电流在2.5A~3A的电感做为输出。Isat和Irms选择小的阿谁做为额定电流。
第六部门 电感选型
我们选择Irms和Isat都大于2.5A的，DCR相对小一点的10uH电感，最初考虑成本和体积。
共模电感（扼流圈）选型
1 共模电感原理
在介绍共模电感之前先介绍扼流圈，扼流圈是一种用来削弱电路里面高频电流的低阻抗线圈。为了进步其电感扼流圈凡是有一软磁质料造的核心。共模扼流圈有多个同样的线圈，电流在那些线圈里反向流，因而在扼流圈的芯里磁场抵消。共模扼流圈常被用来压制干扰辐射，因为如许的干扰电流在差别的线圈里反向，进步系统的EMC。关于如许的电流共模扼流圈的电感十分高。共模电感的电路图如图1所示。
共模信号和差模信号只是一个相对量，共模信号又称共模噪声或者称对地噪声，指两根线别离对地的噪声，关于开关电源的输入滤波器而言，是零线和前方别离对大地的电信号。固然零线和前方都没有间接和大地相连，但是零线和前方能够别离通过电路板上的寄生电容或者杂散电容又或者寄生电感等来和大地相连。差模信号是指两根线间接的信号差值也能够称之为电视差。
假设有两个信号V1、V2
共模信号就为（V1+V2）/2
差模信号就为：关于V1 （V1-V2）/2；关于V2 -（V1-V2）/2
共模信号特点：幅度相等、相位不异的信号。
差模信号特点：幅度相等、相位相反的信号。
如图2所示为差模信号和共模信号的示企图。
图2差模信号和共模信号示企图
2 差模噪声和共模噪声次要来源
关于开关电源而言，若是整流桥后的储能滤波大电容为抱负电容，即等效串联电阻为零（忽略所有电容寄生参数），则输入到电源的所有可能的差模噪声源城市被该电容完全旁路或解耦，可是大容量电容的等效串联电阻并不是为零。因而，输入电容的等效串联电阻是从差模噪声发作器看进去的阻抗Zdm的次要部门。输入电容除了接受从电源线流入的工做电流外，还要供给开关管所需的高频脉冲电流，但无论若何，电流流经电阻一定产生压降，如电容的等效串联电阻，所以输入滤波电容两头会呈现高频电压纹波，高频高压纹波就是来自于差模电流。它根本上是一个电压源（由等效串联电阻招致的）。理论上，整流桥导通时，该高频纹波噪声应该仅呈现在整流桥输入侧。事实上，整流桥关断时，噪声会通过整流桥二极管的寄生电容泄露。
高频电流流入机壳有许多偶尔的途径。当开关电源中的主开关管的漏极凹凸跳变时，电流流经开关管与散热器之间的寄生电容（散热器毗连至外壳或者散热器就是外壳）。在交换电网电流连结整流桥导通时，注入机壳的噪声遭遇几乎相等的阻抗，因而等量流入零线和前方。因而，那是纯共模噪声。
3 共模电感若何按捺共模信号
目前已经晓得共模信号是两个幅度相等、相位不异的信号，共模信号一般来自电网，共模信号会影响电路板的一般工做，也会以电磁波的形式干扰四周情况。
既然是用电感来按捺共模信号，那么那必定和磁场相关。先来介绍通电螺线感，产生的磁场的标的目的（关于项目应用而言，有些场所好比按捺共模信号而言，不太需要定量的计算，电感产生的磁场以及磁通量的大小，感兴趣的童鞋，那里保举一本书能够参考，<<开关电源中磁性元器件>>赵修科教师）。关于通电螺线管的磁场标的目的判断办法为，右手握住螺管，四指指向电流标的目的，则拇指指向就是磁场标的目的。接下来介绍一个重要的名词，即磁通。垂曲通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量，简称磁通。磁力线是通电螺线管产生的，是现实存在的，只是看不见也摸不着，磁力线是一个闭和的回路，关于通电螺线管，磁力线都要颠末螺线管内部，磁力线是与磁感应强度B成反比的。如图3所示为通电螺线管产生磁力线的示企图。
图3 螺线管磁力线
如图4所示为，穿过某一截面的磁通
图4 穿过截面的磁通
磁通量用F暗示，是一个标量，单元为韦伯，代号Wb。磁通量和磁感应强度B以及截面积A的关系为：
F=BA
从关系式能够看出，穿过横截面的磁力线越多，磁通量就越大。关于绕在磁芯上的线圈，在其上通电流i，则线圈的电感L能够暗示为：
L=NF/i
N为线圈匝数。
到此为行，通过上述的简要概述，能够晓得，绕在磁芯上的线圈在匝数和电流稳定时，磁芯中穿过的磁力线越多，那么磁通量就越大，则相对应的电感量也越大。电感生成的感化就是阻遏流过其上电流的变革，其本色是阻遏其磁通量的变革。那就是操纵共模电感来按捺共模电流的根本原理。
如图5所示为，共模电流在共模电感上产生的磁感应强度，电流I1产生的磁感应强度为B1，电流I2产生的磁感应强度为B2，两条黄色箭头别离暗示电流I1和I2在铁氧体中产生的磁力线，能够看出电流I1和I2产生的磁力线是相加的，故磁通也是相加的，那么电感量就是相加的，电感量越大，对电流的按捺才能就越强。
图5共模电流在共模电感上的磁通散布
关于共模电感若何按捺共模电流用一句话能够解释，即共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通彼此叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到按捺感化。
当两个线圈流过差模电流时，铁氧体磁环中的磁力线相反，招致磁通彼此抵消，几乎没有电感量，所以差模信号能够根本无衰减的通过（考虑到电感自己具有必然的电阻）。所以不只关于开关电源的输入滤波器加共模电感，在走差分信号线时也能够加上共模电感来按捺共模电流，以避免电路误触发等现象。
4共模电感拔取
按照共模电感的额定电流、曲流电阻以及额定频次下阻抗值要求，能够按步调停止设想：
1 按照阻抗值计算最小电感值
2 选择共模电感磁芯质料以及磁芯尺寸
3 确定线圈匝数
4 选择导线
共模电感最小电感值计算公式：
Xl为频次为f时的阻抗值
扼流圈电感值是用负载（单元：Ohms）除以信号起头衰减时的角频次或以上频次。例如，在50Ω的负载中，当频次到达 4000 Hz 或以上时信号起头衰减，则需要利用 1.99 mH（50/2π×4000））的电感。其响应的共模滤波器构造，如下图6所示：
选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因而在选择共模电感时需要看器件材料，次要按照阻抗频次曲线选择。
电感量计算出来后和通俗设想电感一样，在此就不详细展开。
本身在绕造电感时要留意些事项，
1）绕造在线圈磁芯上的导线要彼此绝缘，以包管在瞬时过电压感化下线圈的匝间不发作击穿短路。
2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要呈现饱和。
3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以避免在瞬时过电压感化下两者之间发作击穿。
4）线圈应尽可能绕造单层，如许做可减小线圈的寄生电容，加强线圈对瞬时过电压的而授才能
共模电感磁芯的拔取磁芯时，外形尺寸、适用频段、温升以及价格都要考虑，常用的磁芯为U型、E型和环形。
相对而言，环形磁芯比力廉价，因为环形只要一个就可造做。而其他外形的磁芯必需有一对才气为共模电感所用，且在成型时，考虑两磁芯的配对问题，还须增加研磨工序才气得到较高的磁导率，关于环形磁芯却不需如斯；与其它外形磁芯比拟环形磁芯有较高的有效磁导率，因为两配对磁芯在拆配时，无论如何功课都不成消弭气隙的现象，故有效磁导率比单一封锁形磁芯要低。但环形磁芯绕线成本较高，因其他外形磁芯有一配套线架在利用，绕线能够机器功课，而环形磁芯只能够手工功课或机器（速度较低）功课；且磁环孔径小，机器难以穿线，需要人工去绕，费时吃力，加工成本高，效率低；安拆未便，若是加底座，则成本会上升。综合性能比起来，磁环性能较好，价格也较高。因为成本的因素，磁环大多用在大功率
应用实例
前面章节切磋了电感的铁芯材量、封拆构造、以及其重要之电气特征，在本章会申明若何选择适宜之降压转换器之电感值，以及选择市售之电感器的考虑因素。
如式（5）所示，电感值及转换器之开关频次城市影响电感涟波电流（ΔiL）。电感涟波电流会流经输出电容，影响输出电容的涟波电流，也因而会影响输出电容的选择，并进而影响输出电压的涟波大小。再者，电感值与输出电容值亦会影响系统之回授设想及负载动态响应。选用较大的电感值，关于电容的电流应力较小，也有利于降低输出电压涟波，且可贮存较多能量，然而电感值大就暗示其体积大，亦即成本较高。因而，在设想转换器时，电感值的设想就十分重要。
（5）
由式（5）可知，当输入电压与输出电压差距愈大时，电感涟波电流会愈大，也就是电感设想的最严厉情况（worst-case condition）。再加上其他的归纳阐发，降压转换器的电感值设想点凡是应选在更大输入电压与满载的前提下。
在设想电感值时须在电感涟波电流及电感尺寸做取舍，在此定义涟波电流因子（ripple current factor；γ），如式（6）。
（6）
将式（6）代入式（5），则电感值可暗示为式（7）。
（7）
按照式（7），当输入与输出电压差距愈大，γ值能够拔取较大；反之若输入与输出电压愈接近，γ值设想必需较小。为了电感涟波电流与尺寸之间的取舍，依传统设想经历值，γ凡是取0.2到0.5。以下为以RT7276为例申明电感值的计算与市售电感器的选择考虑。
设想实例：以RT7276先辈恒定导通时间（Advanced Constant On-Time；ACOTTM）之同步整流降压转换器来设想，其开关频次为700 kHz，输入电压为4.5V到18V，输出电压为1.05V，满载电流为3A。如上所述，电感值须设想在更大输入电压18V及满载3A的前提下，将γ值取0.35，将上述数值代入式（7），得电感值为：
（8）
取用一常规标称电感值为1.5 µH的电感。代回式（5）计算电感涟波电流，如下
（9）
因而电感的峰值电流为
（10）
而电感电流的有效值（IRMS）为
（11）
因电感涟波成分小，因而电感电流有效值次要为其曲流成分，此有效值即做为选择电感额定电流IDC的根据。以80%减额（derating）设想，电感的需求为：
L = 1.5 µH（100 kHz），IDC = 3.77 A，ISAT = 4.34 A
表5所列为可选用之TDK差别系列的电感，尺寸附近但封拆构造差别。从表中可知，冲压式电感（SPM6530T-1R5M）的饱和电流及额定电流大，且热阻小、散热佳。别的，按照前章之切磋，冲压式电感的铁芯材量属于铁粉芯，因而相较于加磁胶之半遮蔽式（VLS6045EX-1R5N）及遮蔽式（SLF7055T-1R5N）电感的铁氧体铁芯，具有较好的曲流偏置特征。图11为差别电感应用于RT7276先辈恒定导通时间之同步整流降压转换器的效率比力，成果显示三者之效率差别其实不大。而若考虑散热、曲流偏置特征及磁场闲逸问题，建议选用SPM6530T-1R5M电感。
表5、TDK差别系列的电感比力
图11、差别电感之转换器效率比力
若选用不异封拆构造及电感值，而尺寸较小的电感，如SPM4015T-1R5M（4.4x4.1x1.5mm），固然其体积小，但曲流电阻RDC（44.5mΩ）及热阻ΘTH（51˚C/W）较大。关于不异规格之转换器而言，电感所耐受的电流有效值也不异，显然曲流电阻大会降低重载时之效率，此外，热阻大即暗示散热较差。因而，在选择电感时不成只考虑缩小尺寸带来的效益，还需评估其陪伴的缺点。
结论
电感在开关电源转换器中是常用的被动组件之一，可用来储能以及滤波。然而在电路设想上，需要存眷的不只电感值那个参数，其它包罗交换电阻与Q值、电流耐受才能、铁芯饱和水平、以及封拆构造等等，都是在选择电感器时须考虑的参数。而那些参数凡是与铁芯质料、造程工艺、更与尺寸成本有关。因而本篇介绍了差别铁芯质料的特征，以及若何选择恰当的电感，做为电源设想的参考。
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