功率电感器的使用方法

电感器(线圈)可使直流电流顺利流过，而对于发生变化的电流，则会产生妨碍其变化的电动势。这称为自感应，针对交流电流，其拥有频率越高越难通过的性质。为此，当电流流过电感器时会将其储存为能量，屏蔽电流时会释放能量。功率电感器正是利用了此性质，并且主要用于DC-DC转换器等电源电路中。

图1为降压型DC-DC转换器(二极管整流型)的基本电路，功率电感器是左右其性能的重要元件。

图1　降压型DC-DC转换器(二极管整流型)的基本电路

功率电感器特性相关的参数相互间存在复杂的权衡关系

功率电感器的设计难度在于其特性会随电流大小或温度等而发生变化。例如，电感(L)拥有随电流增大而降低的性质(直流重叠特性)，同时，随着电流增大，温度会随之上升，由此磁芯导磁率(μ)及饱和磁通密度(Bs)会发生变化。即使电感值相同，直流电阻(Rdc)值也会随绕组的粗细及匝数变化，并且发热的程度也会有所不同。此外，磁屏蔽结构的差异也会对噪音特性造成影响。

此类参数相互之间存在复杂的权衡关系，从DC-DC转换器的效率、尺寸以及成本等综合角度出发选择最佳的功率电感器十分重要。

重点功率电感器的磁性体磁芯分为铁氧体类与金属类两大类

功率电感器根据不同工艺可大致分为绕组型、积层型、薄膜型。同时，磁芯材料使用有铁氧体类与金属类磁性体。铁氧体类磁芯中μ较高，由于高电感、金属磁性材料磁芯的饱和磁通密度优异，因此适合大电流化。

重点功率电感器的额定电流分为直流重叠允许电流与温度上升允许电流两种。

磁芯变为磁饱和后电感值将会下降。可在非磁饱和状态下流过的最大电流为直流重叠允许电流(例：相比初始电感值降低40%)。同时，绕组电阻引起的发热中所规定的为温度上升允许电流(例：因自发热导致温度上升40℃)。一般情况下，该两种允许电流中，较小的一方为额定电流。

根据负荷大小或频率不同损耗也会发生变化

重点因为温度上升导致的主要损失为绕组引起的铜损以及磁芯材料引起的铁损

绕组引起的损耗称为铜损，磁芯材料引起的损耗称为铁损。铜损主要为绕组直流电阻(Rdc)引起的损耗(直流铜损)，其与电流2次方成比例增大。同时，其拥有频率越高，交流电流越会集中在导体表面附近流过，实际电阻值增加的性质(趋肤效应)，在高频范围中还加上交流电流引起的铜损(交流铜损)。

铁损主要包括磁滞损耗与涡流损耗。涡流损耗与频率的2次方成正比，因此在高频率范围内涡流损耗引起的磁芯损失会增加。实现高效化的重点在于即使在高频范围内也选择使用磁芯损失较少的磁芯材料。

图2　功率电感器损耗原因

重点中～重负荷时主要为铜损，而轻负荷时则主要为铁损

功率电感器的损耗会因负荷大小而发生变化。中～重负荷时流过电感器的电流中直流偏置电流较大，因此主要为绕组的直流电阻(Rdc)引起的铜损。而在轻负荷时，由于几乎不会流过直流偏置电流，因此铜损会下降，但在待机状态下也会有一定频率的开关工作，因此主要为磁芯材料的铁损，从而效率会大幅下降(图3)。

图3　DC-DC转换器负荷大小与功率电感器损耗的不同