電感廠大功率電感內(nèi)部資料

1、 功率電感之大電流電感隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電源在高頻率，高效率，環(huán)保，尺寸，安全，低溫升，低噪音，抗干擾E等方面不斷提出新的要求，在結(jié)構(gòu)上提出“輕、薄、短、小”的要求，對(duì)關(guān)鍵器件提出了扁平化，輕量化，低功耗和高性能的要求，體現(xiàn)在磁性器件方面，尤其是非隔離DC-DC模塊電源中，貼片化和扁平化（低高度）成為一種趨勢(shì)。CODACA從2001年成立至今，已專注生產(chǎn)電感14年，其產(chǎn)品系列不斷推陳出新，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，無(wú)論是技術(shù)積累還是品質(zhì)和性價(jià)比，都奠定了CODACA這一電感品牌越來(lái)越具有影響力。對(duì)于電源工程師以及磁性器件件工程師而言，高頻化大功率電路對(duì)產(chǎn)品體積要求越來(lái)越嚴(yán)苛，功率密度要求越來(lái)越大，只

2、有對(duì)功率電感有了更系統(tǒng)了解，尤其是大電流電感，才能設(shè)計(jì)和選型更優(yōu)化的電感。本文系統(tǒng)的對(duì)功率電感的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行闡述整理，主要包括功率電感的定義、選型因素、常用磁性材料、功率電感的工作點(diǎn)、典型電氣參數(shù)、非典型參數(shù)、扁平線繞組的優(yōu)勢(shì)，常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)于溫升、飽和和噪音三個(gè)問(wèn)題的建議。1. 功率電感的定義功率電感(Power Inductor),顧名思義，用在電路中傳輸功率的電感。電感在電路中主要用來(lái)處理功率，信號(hào)和電磁兼容（EMC），其中負(fù)責(zé)功率傳輸?shù)闹饕ㄉ龎弘姼校╞oost），降壓電感（buck），升降壓電感（buck-boost），功率因素校正電感（PFC），正激電路輸出側(cè)的直流輸出濾波電感

3、（相當(dāng)于buck）和逆變電路輸出側(cè)的逆變電感等，這些電感同時(shí)承擔(dān)著儲(chǔ)能和平滑濾波的作用；其中用于EMC的電感分為共模電感和差模電感，差模電感在電路中主要濾除差模干擾，無(wú)論傳輸電流是直流電還是交流電，都需要承擔(dān)濾波和儲(chǔ)能的作用，因此在本篇文章中，從能量?jī)?chǔ)存的角度講，也將差模電感歸入功率電感范疇。2. 功率電感的選型因素：1) 電感的電氣特性，主要飽和特性，溫升特性，頻率特性等；2) 電感的機(jī)械特性，主要尺寸限制，貼裝方式，機(jī)械要求等；3) 電感的使用環(huán)境，電氣條件裕量，環(huán)境溫濕度，酸堿度等；4) 電感的性價(jià)比（品質(zhì)，品牌，技術(shù)支持，服務(wù)，付款條件等）；5) 電感的新型研發(fā)，深度定制和快捷樣品反饋

4、以及批產(chǎn)能力；功率電感的選型因素很多，對(duì)于設(shè)計(jì)人員或者采購(gòu)人員而言，在滿足主要考量因素的情況下，盡可能的平衡其他因素。比如成本為主要考慮因素，磁芯可選用廉價(jià)的鐵粉心，但產(chǎn)品的尺寸和損耗可能會(huì)比較大，或者選用沒(méi)有品質(zhì)保證的供應(yīng)商，但客戶服務(wù)和技術(shù)支持會(huì)比較差些等；比如產(chǎn)品的溫度特性有嚴(yán)格要求，可能需要成本昂貴的MPP磁芯或者羰基鐵粉心等。CODACA從2001年成立至今，已專業(yè)生產(chǎn)電感14年，無(wú)論是技術(shù)積累還是品質(zhì)和性價(jià)比，都奠定了CODACA這一電感品牌越來(lái)越具有影響力。3. 功率電感常用磁性材料常用的軟磁材料主要分為鎳鋅（NiZn）鐵氧體和錳鋅（MnZn）鐵氧體，全系列金屬磁粉心（High-

5、Flux，MPP，Sendust，F(xiàn)e-Si，F(xiàn)e-Si-Cr，F(xiàn)e-Si-Ni，IRON Powder，Nanodust等），非晶/納米晶，叵末合金和硅鋼等。本文就CODACA普通貼片功率電感、一體成型電感和組裝式大電流電感所用材料重點(diǎn)進(jìn)行介紹。鎳鋅（NiZn）鐵氧體，有著極高的電阻率，等同于絕緣體，其磁導(dǎo)率102000，飽和磁通密度0.25T0.44T,應(yīng)用頻率0.1100MHz，低磁導(dǎo)率可達(dá)GHz，主要用來(lái)做磁棒，螺紋磁心，環(huán)形磁芯，工字磁芯，多孔磁珠，貼片功率電感用工字磁芯以及屏蔽外殼等。普通貼片功率電感的磁導(dǎo)率多為NX-400，NX-500，插件工字電感,棒形電感多采用NX-100,

6、NX-400,NX-700,NX-1000。貼片功率電感系列主要有SP, CWPA,SPRH,SPRB, SPM.SPE,SPD, SPDR,SPC,SPF等。此類(lèi)電感的應(yīng)用頻率高，功耗小，工藝成熟，是目前市場(chǎng)最常見(jiàn)的小功率電感。除此之外，還有采用低溫共燒工藝（LTCC）、印刷工藝制作的鐵氧體疊層電感CFI以及磁珠CFB。錳鋅（MnZn）鐵氧體，主要分為高導(dǎo)鐵氧體，功率鐵氧體和電信用溫度穩(wěn)定性鐵氧體，磁導(dǎo)率80018000，飽和磁通密度Bs 0.4T0.54T,居里溫度Tc 120280，應(yīng)用頻率10KHz4MHz，電阻率比NiZn小，且材料具有“硬”飽和特性（電感量隨著電流增大有陡然衰減現(xiàn)象

7、），故在設(shè)計(jì)時(shí)需謹(jǐn)慎考量。一般將磁導(dǎo)率大于5000稱為高導(dǎo)鐵氧體，磁導(dǎo)率最高可達(dá)18000，主要用來(lái)制作寬帶變壓器，驅(qū)動(dòng)變壓器，電流互感器和共模電感等。高導(dǎo)鐵氧體最常用于共模電感，吸收和反射電路中共模干擾，主要濾除30MHz以內(nèi)的傳導(dǎo)干擾。功率鐵氧體的磁導(dǎo)率20002500（PC95 3300），飽和磁通密度Bs均大于0.48T，主要用來(lái)制作開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器，輸出電感，諧振電感等。TDK的牌號(hào)主要包括PC30,PC40,PC44,PC45,PC46,PC47,PC90， PC95，在100KHz/200mT下，PC47的損耗低于250mW/cm3，而PC95在全溫度范圍內(nèi)（25120）損耗密

8、度低于350 mW/cm3,在90低至280 mW/cm3，市面常見(jiàn)PC40(410 mW/cm3)和PC44(300 mW/cm3)。國(guó)內(nèi)橫店?yáng)|磁和天通等磁芯廠商經(jīng)多年發(fā)展，性能優(yōu)異。功率鐵氧體制作成功率電感時(shí)，主要通過(guò)在磁路中開(kāi)氣隙儲(chǔ)存能量。由于氣隙處存在雜散磁場(chǎng)，當(dāng)應(yīng)用頻率過(guò)高或者交流磁感應(yīng)強(qiáng)度太大，首先會(huì)引起較大的電磁干擾，其次氣隙處可能產(chǎn)生噪音，第三雜散磁場(chǎng)會(huì)使得附近繞組產(chǎn)生渦流損耗，形成熱點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間工作絕緣受損，最終電感短路失效。基于以上三點(diǎn)，所以磁芯需要合理分配氣隙位置和氣隙深度。在高頻下其自身材料損耗密度遠(yuǎn)小于金屬磁粉心，且磁芯形狀多樣，常見(jiàn)型號(hào)EC,EE，ER,EP,PQ,R

9、M,EQ等，配合我司成熟的扁平線繞線工藝，是大電流功率電感的主要方案，可生產(chǎn)成扁平線大電流電感。目前我司電感CSCM,CSCE,CSCF等系列產(chǎn)品，包括用于D類(lèi)數(shù)字功放領(lǐng)域的CPD,CSD系列，均是MnZn功率鐵氧體作為功率電感材料的具體應(yīng)用。鐵粉心，屬于磁粉心家族的成員，采用粉末冶金工藝，將磁性材料顆粒和絕緣樹(shù)脂按一定比例粘合后高壓壓制成型，飽和磁通密度高達(dá)為1.01.5T，是鐵氧體Bs的23倍，天然具有分布式氣隙，因此具有較高的儲(chǔ)能能力。不像鐵氧體和納米晶等需要單獨(dú)開(kāi)氣隙，因此EMC效果好。鐵粉心主要分為氫還原鐵粉心和羰基鐵粉心。氫還原鐵粉，一般稱為鐵粉心，磁導(dǎo)率Ui從10100，價(jià)格相對(duì)

10、低廉，按照美國(guó)微金屬（MICROMETAL）牌號(hào)，常見(jiàn)有-2，-26，-52，-18，-18，-40。-2（10）材為紅青環(huán)，損耗最低，-14（14）為黑紅環(huán)，與-2材相比，磁導(dǎo)率略大，損耗相似。-18（55）常用來(lái)替代昂貴的-8（35），-40（60）為最為便宜的材料。最為常見(jiàn)得為黃白環(huán)-26（75）材質(zhì)，性價(jià)比最好，適用于尺寸要求要求不嚴(yán)格，溫升比較大的場(chǎng)合，可用-52材（75）綠藍(lán)環(huán)替代進(jìn)行優(yōu)化。這類(lèi)鐵粉心具有老化問(wèn)題，所以使用溫度要求不宜過(guò)高，一般要求低于100度。這類(lèi)鐵粉心常用來(lái)壓制成環(huán)形磁芯,也可壓制成EE型和EC型。CODACA扁平線大電流電感CSB,CSCM,CSCD,CSCG

11、等系列是由自發(fā)研制的磁粉心生產(chǎn)的。另一類(lèi)鐵粉心為羰基鐵粉心（Carbonyl Iron powder），頻率從10KHz高達(dá)500MHz，磁導(dǎo)率135，主要用于射頻領(lǐng)域，與普通鐵粉心相比，應(yīng)用頻率高，損耗小且溫度系數(shù)小。其中-4（9）材質(zhì)為藍(lán)白環(huán)，常用與諧振電感，用在LLC等諧振電路中，較為常見(jiàn)，其中-2（10）， -6（8.5），-7（9），-8（35）材可用于壓制一體成型電感。CODACA一體成型電感采用德國(guó)巴斯夫BASF羰基鐵原粉，飽和電流大，高頻損耗密度小，性能優(yōu)異。鐵硅鉻（FeSiCr），磁粉心家族的成員，Bs高達(dá)1.5T，損耗大比羰基鐵大，也可用來(lái)制作一體成型電感，性價(jià)比高。鐵硅磁

12、粉心（Mega Flux），飽和磁通密度高達(dá)1.6T,和硅鋼材質(zhì)類(lèi)似，與High Flux相比飽和特性相似，損耗略高，但損耗又低于鐵粉心，沒(méi)有熱老化問(wèn)題，在大電流領(lǐng)域備受歡迎。在風(fēng)能、太陽(yáng)能和動(dòng)車(chē)，UPS等領(lǐng)域，多采用塊狀磁粉心拼接成大功率電抗器；在通信領(lǐng)域多用EQ型扁平線圈繞組形成大電流電感，相同體積飽和特性遠(yuǎn)高于鐵氧體材料大電流電感。另外鐵硅鎳（Neu Flux）磁粉心，損耗是鐵硅的一半，是High Flux的低成本替代方案。這兩種材料都具有極優(yōu)異的飽和特性和溫度穩(wěn)定性，是大功率電路中電抗器的理想選擇。以下材料使用不多，拋磚引玉，僅作簡(jiǎn)要介紹。金屬磁粉心（MPP, High Flux,SE

13、NDUST,Nanodust等）中，MPP損耗最小，溫度穩(wěn)定性最高；High Flux的飽和電流大，損耗居中；SENDUST損耗小，性價(jià)比高；Nanodust納米晶磁粉心，新興材料，損耗低，可替代非晶磁粉心的克服噪音問(wèn)題。非晶納米晶（鈷基非晶，鐵基非晶，鐵基納米晶等），叵末合金和硅鋼，多以帶材卷繞成環(huán)形和U型，后兩者也可沖壓成EI片，三者均屬于金屬類(lèi)磁性材料，共同特征為渦流損耗大，故應(yīng)用頻率不高；叵末合金磁導(dǎo)率高，用于音頻變壓器，音頻電感和電流互感器等；非晶納米晶在50KHz以下優(yōu)于錳鋅功率鐵氧體，在100KHz以上渦流損耗急劇增大，性能逐漸劣與鐵氧體。硅鋼多用于1KHz一下，主要為工頻（50

14、Hz）領(lǐng)域，作為電力變壓器和電抗器等。4. 功率電感在工作點(diǎn)問(wèn)題鐵磁性材料隨著外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定值以后，磁感應(yīng)強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度減小為零，磁感應(yīng)強(qiáng)度不按原來(lái)路徑減小，且在磁場(chǎng)強(qiáng)度H=0時(shí)，仍保留一定的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br。這種磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B不同步的，且B落后H變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象。從上述信息可知道，鐵磁性材料具有飽和現(xiàn)象和磁滯現(xiàn)象。磁性材料在應(yīng)用中，會(huì)有不同的工作狀態(tài)。如雙極性變壓器工作于磁滯回線的一三象限，電流互感器工作于初始磁化曲線位置，互感器會(huì)靠近準(zhǔn)飽和區(qū)，升降壓電感和直流輸出濾波電感等功率電感一般處于偏置狀態(tài)，工作于第一象限，

15、如下圖：圖中黃色面積覆蓋的區(qū)域就是功率電感實(shí)際工作的區(qū)域，通常稱B0（或者H0）為工作點(diǎn)，黃色區(qū)域面積反映磁芯的磁滯損耗。B為交流磁感應(yīng)強(qiáng)度，和頻率f一起決定了磁芯的損耗密度，進(jìn)一步影響產(chǎn)品溫升。B0+B/2應(yīng)該小于0.8Bs(準(zhǔn)飽和)。設(shè)計(jì)時(shí)，高頻看溫升，低頻看飽和。磁性材料Bs隨著溫度的增加而衰減，常見(jiàn)的功率鐵氧體PC40在25時(shí)飽和磁通密度Bs為0.51T,而100為0.44T。實(shí)際中不同應(yīng)用環(huán)境下，工作點(diǎn)B0設(shè)計(jì)在0.2T0.34T。5. 功率電感的典型參數(shù)。功率電感最?？吹降闹笜?biāo)為L(zhǎng)、DCR、Isat，Irms，Ir（Isat和Irms取最小值）。電感量L，為靜態(tài)測(cè)試指標(biāo)，即無(wú)偏置電

16、流時(shí)候的電感量。與其相對(duì)應(yīng)的就是動(dòng)態(tài)電感，即工作時(shí)的電感量，通常會(huì)有一定衰減。動(dòng)態(tài)電感越大，電路中紋波電流越小，但體積和成本會(huì)相應(yīng)增加。電感量大小主要與磁芯的磁導(dǎo)率，磁芯結(jié)構(gòu)常量（磁路有效截面積Ae和磁路有效長(zhǎng)度Le）以及線圈匝數(shù)，耦合程度，氣隙位置等。直流電阻DCR，是繞組的基本特性，電阻會(huì)引入直流損耗， DCR越小越好。其材質(zhì)多為紫銅，溫度對(duì)紫銅的電阻率有一定影響，相對(duì)于20是的電阻，溫度每上升一度，電阻率增加0.43%。在溫度T時(shí)的工作電阻Ro遵循如下公式：Ro=Rdc*(1+（T-20）/234.5)= Rdc*(1+T*0.0043)例如產(chǎn)品溫升50，按照上述公式，實(shí)際電阻是常溫電阻

17、的1.215倍，相應(yīng)計(jì)算線圈損耗時(shí)相當(dāng)于增加0.2倍。此外，隨著頻率的提高，因?yàn)橼吥w效應(yīng)導(dǎo)致高頻電流趨于導(dǎo)體表面，實(shí)際載流面積減小而引入交流電阻Rac。在低壓大電流的高頻電源中，通常用扁平線來(lái)改善趨膚效應(yīng)，CODACA的一體成型電感CSCF以及CSB，CSCI，CSCM,CSCE,CFCF系列等大電流電感高頻交流電阻小。溫升電流Irms，從溫升角度定義電流，一般溫升T=40時(shí)允許通過(guò)的直流電流。通常在無(wú)風(fēng)自冷條件下，將產(chǎn)品放置在特制的工裝夾具上進(jìn)行測(cè)試。就電流而言，實(shí)際通過(guò)電感的電流不同頻率的有正弦波，有矩形波，有三角波等，并非純粹的直流電流。產(chǎn)品的溫升與工作頻率、交流磁通密度（紋波電流），有

18、效電流，PCB焊盤(pán)和器件布局，散熱措施等有關(guān)系。比如有散熱片，鋁基板或者強(qiáng)制風(fēng)冷等措施，或者系統(tǒng)本身允許更高的溫升（F級(jí)絕緣系統(tǒng)，溫升最大可達(dá)100K），所選用產(chǎn)品在不飽和的情況下，允許通過(guò)更高的電流。如果電路中沒(méi)有任何散熱措施，產(chǎn)品要求低溫升，建議電流選擇小于0.7*Irms。選擇CODACA電感時(shí)，可提供具體的有效電流（長(zhǎng)時(shí)間工作），紋波電流，散熱環(huán)境，效率，能接受的最大溫升等要求，以便工程人員推薦選型。飽和電流Isat，從飽和角度定義的電流。一般電感量衰減20%時(shí)允許通過(guò)的直流電流。通常在常溫下用直流疊加測(cè)試儀對(duì)電感進(jìn)行偏磁性測(cè)試。對(duì)于鐵氧體電感，因?yàn)槠洹坝病憋柡吞匦?，通常?huì)按照10%或

19、者20%定義飽和電流，而磁粉心類(lèi)電感，常見(jiàn)電感多按照20%和30%定義飽和電流。需要注意的就是，溫度增大時(shí)，需要考慮飽和電流的降額使用。磁粉心類(lèi)的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨溫度增加基本不變，因而飽和電流不需要降額，同時(shí)這一類(lèi)材料的居里溫度高，往往可以在高溫環(huán)境中使用，比如魚(yú)雷電源，石油鉆頭等；磁芯材料為鐵氧體時(shí)，電感的飽和電流會(huì)隨著溫度的升高而減小，通常100時(shí)下降為常溫的80%。另外，在不同的電路中，對(duì)電感的線性度和飽和深度要求不同，決定了在選擇電感時(shí)選擇不同的磁性材料。選型CODACA電感時(shí)，可提供具體的峰值電流，溫度，電感線性度的要求等，以便CODACA推薦選型。6. 功率電感的非典型參數(shù)。事實(shí)上

20、，功率電感在設(shè)計(jì)選型還有很多指標(biāo)需要參考，例如紋波電流I、峰值電流IPK和有效電流Ir，工作頻率f，直流損耗Pdc，交流損耗Pac，磁芯損耗Pcore，總損耗Ptotal，能量?jī)?chǔ)存E,熱阻Rth，溫升T,等效電阻Rs，阻抗Z,品質(zhì)因素Q，分布電容Cr，諧振頻率SRF，絕緣電阻和耐壓等，這些指標(biāo)對(duì)電感的設(shè)計(jì)選型有著重要的參考價(jià)值。紋波電流I，指電流中的高頻分量，在開(kāi)關(guān)電源非隔離DC-DC中，波形多為三角波。紋波電流和輸出電流的比值叫做紋波系數(shù)k（k=I/I0），k通常20%40%，也可能只有5%。電源一般要求紋波電流越小越好，但紋波電流越小，要求電感量就越大(L=UL*D*T/I= UL*D*T

21、/k/I0)，造成成本也越大。紋波電流的大小主要影響繞組的交流損耗Pac（Pac=Rac*I*I），所以紋波電流越大，繞組交流損耗越大。由于k=I/I0=B/B0可知，紋波電流越大，交流磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁芯損耗也增大。峰值電流IPK，指通過(guò)電感的最大電流，對(duì)于梯型波IPK= I0+I/2，其決定了最大磁通密度Bm，Bm大于Bs時(shí)電感飽和。有效電流Irms，可用來(lái)計(jì)算繞組的直流損耗。工作頻率f，在開(kāi)關(guān)電源中多指開(kāi)關(guān)管應(yīng)用頻率，工作頻率越高，對(duì)于電感變壓器等器件的尺寸可以縮小。對(duì)于功率電感而言，頻率越高，磁芯損耗越大，同時(shí)繞組因?yàn)橼吀叫?yīng)和鄰近效應(yīng)，交流電阻也會(huì)相應(yīng)增大。 科達(dá)嘉通常會(huì)根據(jù)客戶的應(yīng)

22、用頻率推薦合適的磁芯材料和繞組材料，同時(shí)優(yōu)化繞組結(jié)構(gòu)來(lái)盡量降低損耗。電感的總損耗Ptatol，主要包括磁芯損耗Pcore、線圈損耗Pcu（直流損耗，交流損耗）以及介質(zhì)損耗Pm。Ptotal=Pcu+Pcore+PmPcu+Pcore一般介質(zhì)損耗Pm較小不考慮，介質(zhì)損耗主要由漏磁場(chǎng)和漏電流在電感附件或應(yīng)用中周?chē)h(huán)境引起的損耗，在一些電力電抗器等應(yīng)用環(huán)境需注意。從效率角度看，頻率一定時(shí)，對(duì)于總損耗Ptotal，主要通過(guò)平衡繞組線徑和匝數(shù)來(lái)平衡Pcu和Pcore。隨著繞組匝數(shù)增加，Pcu增加，Pcore減小，Pcu和Pcore基本相近時(shí)，電感總損耗最低，效率最高。從溫度分布均衡角度來(lái)講，由于磁芯和銅

23、繞組的熱傳導(dǎo)率不一樣，功率電感一般繞組損耗Pcu較大。實(shí)際中磁芯損耗占總損耗的1/3以下，即額定電流一般取溫升電流的70%以下。Pcore=Pa+Pb+Pc=KfmBn= PcvVe磁芯損耗Pcore主要和磁芯材料和結(jié)構(gòu)，工作頻率f以及交流磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)。其中K是由磁性材料和磁芯結(jié)構(gòu)相關(guān)的常量，指數(shù)m通常介于1.02.0（可按照1.5估算），反映了磁芯損耗隨著頻率f的增加按照指數(shù)m增加，指數(shù)n通常介于2.03.0之間（可按照2.5估算），反映了磁芯損耗隨著交流磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增加按照指數(shù)n增加。通常情況下，已知磁芯材料后，根據(jù)頻率f和交流磁感應(yīng)強(qiáng)度B，可通過(guò)查詢磁芯目錄的功耗圖來(lái)得到磁芯的損耗

24、密度，乘以磁芯的體積即可得到磁芯損耗。ET=ULD1/f =NAeB根據(jù)上述公式,伏秒積ET為定值時(shí)，f和B成反比關(guān)系,容易得出通過(guò)減小交流磁感應(yīng)強(qiáng)度B比降低頻率f來(lái)減少磁芯損耗更有效。另外,減少磁芯磁導(dǎo)率，或者增加氣隙減少磁芯電感系數(shù)，通過(guò)增加線圈匝數(shù)保證原有電感量，線圈損耗Pcu雖然有所增加，但磁芯B減小，是一種改善磁芯損耗為主要損耗的行之有效的方法。Pcu=Pac+Pdc=Irms2Rdc+I2Rac線圈損耗Pcu主要包括直流損耗Pdc和交流損耗Pac。線圈電阻直流Rdc主要和線圈截面積和長(zhǎng)度和線圈匝數(shù)有關(guān)。要獲得最小直流電阻Rdc，就需要最大截面的線材、最少的匝數(shù)和合理的引腳，最大化得

25、分配在所選磁芯的磁芯窗口中，這也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)原則。交流電阻Rac可通過(guò)計(jì)算趨膚深度得到有效載流面積，進(jìn)一步得到具體數(shù)值。值得注意的是，Rdc和Rac需要考慮電阻的溫度系數(shù)。電感的儲(chǔ)能WL，表示磁芯儲(chǔ)存能力的大小。用于變壓器時(shí)，儲(chǔ)存能量和釋放能量同步發(fā)生，磁芯要求儲(chǔ)能越小越好。用于功率電感時(shí)，例如在DC-DC非隔離電路中做升降壓電感，儲(chǔ)存能量和釋放能量不同步，磁芯的儲(chǔ)能WL作為一項(xiàng)重要指標(biāo),可用下式表示。電感的儲(chǔ)能與電流的平方成正比，與電感量LI成正比，這里的電感量LI為動(dòng)態(tài)電感,即加載電流I后的感量。也可以看出，磁芯儲(chǔ)能WL與磁芯的有效體積Ve和工作點(diǎn)B的平方成正比，和相對(duì)有效磁導(dǎo)率e成反

26、比，這意味著高飽和磁通密度Bs，大磁芯體積Ve，以及低有效磁導(dǎo)率e的磁芯才可儲(chǔ)能更多的能量。通常選用低磁導(dǎo)率具有分布?xì)庀兜拇欧坌牟牧匣蛘邿o(wú)氣隙的低導(dǎo)磁非晶材料，或者通過(guò)對(duì)高導(dǎo)磁的材料（鐵氧體，納米晶，硅鋼等）開(kāi)氣隙的方式來(lái)儲(chǔ)能。儲(chǔ)能后釋放能量，就存在上文提到的損耗。磁性器件的熱阻Rth，單位W,是反映關(guān)于損耗和溫升關(guān)系的一個(gè)系統(tǒng)量，表示在功率器件上功率損耗每瓦引起的溫升。器件廠商常用下面的公式計(jì)算一款產(chǎn)品的熱阻Rth，T為40，Irms為溫升電流，Ro為動(dòng)態(tài)直流電阻，可按照常溫下25的直流電阻估算Rth。在前期溫升評(píng)估電感等磁性器件的溫升時(shí)，可作為的一個(gè)計(jì)算方法。串聯(lián)等效電阻Rs，在LCR電橋

27、測(cè)試電感時(shí)，選用串聯(lián)等效電路，即一個(gè)理想電感和一個(gè)電阻串聯(lián)，其中等效電阻Rs既包含了線圈的直流電阻，也包含了測(cè)試頻率下磁芯損耗等效的電阻,作為是電感阻抗Z的一部分。品質(zhì)因素 Q，為單位周期內(nèi)電感最大儲(chǔ)能（感抗XL）和耗能(等效串聯(lián)電阻RS)之比，可反映測(cè)試頻率下小交流磁感應(yīng)強(qiáng)度的損耗，與磁芯損耗密度Pcv不同，后者表示大交流磁感應(yīng)強(qiáng)度的損耗。在功率傳輸電路中，與實(shí)際情況相差較大，所以一般功率電感不提及品質(zhì)因素Q。分布電容Cr，是一個(gè)系統(tǒng)屬性，與線圈繞組與繞組，層與層，匝與匝，線圈與磁芯，線圈與輔助材料等共同決定的電容。理想電感要求分布電容越小越好，自諧振頻率SRF更高，在高頻下依然保持足夠大的

28、阻抗Z。設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少層數(shù)和減少匝數(shù)，減少層與層之間的接觸面積，選用中柱長(zhǎng)的磁芯，分段繞制，增加屏蔽層等。對(duì)于大電流電感使用的扁平線繞組，螺旋形單層結(jié)構(gòu)，分布電容小，此類(lèi)電感的自諧振頻率較高。7. 扁平線的優(yōu)勢(shì)在磁性器件中承擔(dān)電流傳輸?shù)睦@組，包括不同牌號(hào)和溫度等級(jí)的漆包線，錫包線，銅包鋁，鋁線，絞合線，絲包線，銅箔和扁平線等。隨著電路頻率的增加，常見(jiàn)電路拓?fù)渲衅鸬絻?chǔ)能濾波作用的功率電感感量要求減小，繞組匝數(shù)減少，同時(shí)低壓大電流也成為一種趨勢(shì)，因此扁平線成為優(yōu)選繞組材料。以下為扁平繞組的主要優(yōu)勢(shì)。A. 在等同截面積下，扁平線和漆包線相比具有更大的表面積，因此散熱更好；B. 由于趨服效應(yīng)的存在，扁

29、線和漆包線相比，在高頻下具有更低的交流電阻，高頻損耗小，因此適合在高頻下工作；C. 扁平繞組和漆包線相比，有著極大窗口占有率；D. 因其扁平化的結(jié)構(gòu)，和等面積的漆包線相比，單層可繞更多圈數(shù)，同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制往往為單層線圈繞組，和多層漆包線繞組相比，線圈分布電容小，因此更高頻率下電感的阻抗才開(kāi)始衰減。E. 扁平線圈承受大電流時(shí)，震動(dòng)小，噪音?。籆ODACA選用扁平漆包線絕緣等級(jí)為220，耐壓可達(dá)700V。并擁有專業(yè)的繞線機(jī)和經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員，完美解決了扁平線圈立繞的問(wèn)題（內(nèi)緣擠壓外緣拉伸絕緣漆膜破損現(xiàn)象），并可加工成多種結(jié)構(gòu)，通過(guò)激光剝離絕緣漆等，工藝成熟。8. 常見(jiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 功率電感的常用拓

30、撲結(jié)構(gòu)在文章開(kāi)始有提到過(guò)，這里主要就降壓電路（BUCK）,升壓電路（BOOST）以及升降壓電路（BUCK-BOOST）電路展開(kāi)描述。依據(jù)電感在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的電流波形是否過(guò)零，工作模式分為斷續(xù)模式（DCM），臨界模式(BCM)和連續(xù)模式(CCM)。電路中隨著負(fù)載的加重，模式從DCM過(guò)度到BCM,再到CCM。一般選用CCM模式。BUCK電路：藍(lán)色路徑表示開(kāi)關(guān)閉合后電流路徑，VL-ON=Vin-VO紅色路徑表示開(kāi)關(guān)打開(kāi)后電流路徑，VL-OFF= VO伏秒平衡（Vin-VO）D1/f= VO（1-D）1/f輸出電壓VO=DVIN最大占空比Dmax=VO-MAX/VIN-MIN最小占空比Dmin= V

31、O-MIN/VIN-MAXBCM模式臨界電感 Lmin=（Vin-max-VO）Dmin1/fmin/ImaxI 一般為輸出電流Io的20%40%，Imax表示在最大輸入電壓，即最小輸入電流時(shí)保證電路連續(xù)的最大I。L大于Lmin 時(shí)，電路進(jìn)入連續(xù)模式CCM,小于則為斷續(xù)模式DCM BOOST電路紅色路徑表示開(kāi)關(guān)閉合后電流路徑，VL-ON=Vin藍(lán)色路徑表示開(kāi)關(guān)打開(kāi)后電流路徑，VL-OFF+Vin=VO伏秒平衡VinD1/f= （VO-Vin）（1-D）1/f輸出電壓VO=Vin/(1-D)BCM模式臨界電感 Lmin=Vin-maxDmin1/f/ImaxBUCK-BOOST電路紅色路徑表示開(kāi)

32、關(guān)閉合后電流路徑，VL-ON=Vin藍(lán)色路徑表示開(kāi)關(guān)打開(kāi)后電流路徑，VL-OFF =VO伏秒平衡VinD1/f= VO（1-D）1/f輸出電壓VO=VIND/(1-D)占空比D= VO /( VO+ Vin) 輸入取最大時(shí)候，即為最小占空比DminBCM模式臨界電感 Lmin=Vin-maxDmin1/f/ImaxL大于Lmin，電流連續(xù)BCM，否則，進(jìn)入斷續(xù)模式DCM實(shí)際在低壓電路或者精確計(jì)算中，需要考慮開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管的壓降，一般按照0.5V0.7V計(jì)算。同一電感，隨著負(fù)載的增大，動(dòng)態(tài)電感逐漸減小，紋波電流會(huì)增大，隨著進(jìn)一步增大到飽和，電感低于20%，紋波電流變得很大，甚至變成斷續(xù)模式，

33、同時(shí)伴隨著電感溫升迅速升高，壽命降低，甚至損壞等現(xiàn)象。根據(jù)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，一般而言在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電感儲(chǔ)能，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后電感釋放能量，遵循能量守恒定律，可用伏秒乘積表示。在不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中IL計(jì)算不同。電感平均電流在BUCK電路中等于輸出電流，BOOST電路中等于輸入電流，在BUCK-BOOST電路中等于輸入電流與占空比D之比，計(jì)算公式如下。由此可進(jìn)一步計(jì)算出所需的電感值。9. 關(guān)于溫升、飽和和噪音三個(gè)問(wèn)題的建議A） 溫升問(wèn)題電感的溫升，主要取決于客戶使用電源的絕緣等級(jí)要求，或者使用領(lǐng)域。通常情況下，溫升越小越好，既要減少和合理分布電感的總耗損，又要增加散熱措施。降低繞組損耗Pcu，降低直流電阻，需要盡可能的增加線圈截面和減少線材長(zhǎng)度來(lái)降低電阻，可靠的焊點(diǎn)焊接，大面積的焊