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一、设计要点

1.电流降额建议按照1减10%减电感精度进行，在饱和电流这个参数上进行降额；

2.功率电感的感值、饱和电流、温升电流通常和尺寸正相关，因此用较大体积的电感，选型上会相对容易；

3.功率电感的DCR通常和电感感值正相关，因此从电感值较小的电感中更容易找出DCR较小的物料，有助于减少电阻损耗提高效率，另一方面小感值带来更大的电流波动，磁芯损耗会更大，一般前者收益会高过后者损耗，小感值在效率上的收益更高，最好以实测数据为准；

4.小感值可以实现更快的动态响应，对一些负载波动比较剧烈的场景更小的电感值可以实现更好的动态性能；

5.弱驱动信号，尽量远离功率电感，包括相邻层、电感两端网络的通孔等，例如高电平只有上拉的I2C、PCIe的CLKREQ等信号；

6.工字电感漏磁较多EMI风险更大、扁线电感在相同体积下可以实现更小DCR、；

7.电感的磁芯损耗通常比较难以预估，如果供应商提供仿真数据可以进行参考，如果没有一般电阻率高、磁导率低的磁芯材料可以带来更小的磁芯损耗，代价是体积可能更大、电流参数更小；

8.在特定工作条件下，可能出现电感啸叫的现象，可以采用调整工作频率、点胶、调整堆叠位置等方案减轻啸叫的影响；

二、要点说明

1.电感结构

电感是一种电路元件，它可以在自身磁场中储存能量。当电流增加，磁场就会增强。电感是把电能转化为磁能而存储起来的元件，它只阻碍电流的变化，有通电与未通电两种状态，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。

电感是采用绝缘线绕成线圈形成的。线圈可以是不同的形状和尺寸，也可以使用不同的芯材缠绕。 电感的大小则取决于匝数、磁芯尺寸和磁导率等多种因素。

电感公式：L=uAN^2/I

u，磁导率；

A，线圈面积；

N，线圈匝数；

I，线圈长度；

磁导率主要与磁芯材料和磁场回路结构（气隙分布等因素）有关，空气的磁导率约为1，铁约为50150，镍锌铁氧体材料的磁导率范围在40150，锰锌铁氧体材料的磁导率范围在300~20000。其他设计相同的情况下，无磁芯材料的空心线圈电感的感值远小于有磁芯材料的电感。

2.参数解释

a.电感值 (L)

电感将感应的电能存储为磁能的能力通过电感值来体现。在开关输入电压驱动电感的同时，电感要为输出负载提供恒定的直流电流。其定义公式为：

L=V/（di/dt）

V，电感两端压降；

di/dt，流经电感的电流变化率；

需要注意的是，不同频率、不同电流下电感值并不是恒定的，一般功率电感的规格书在给出电感值时都会注明测试条件。通常给定2个参数，电感量是指直流偏置电流接近0的条件下测得的电感值，额定电感量是额定温升电流直流偏置下测得的电感值。

b.直流电阻（DCR）

直流电阻，就是绕组导线两端的电阻，可以按照一般电阻公式来计算：

R=ρ*l/A

R，直流电阻；

ρ，电阻率；

l，绕组导线长度；

A，绕组导线截面积；

一般情况下，直流电阻是电感损耗的主要来源，所以DCR越小越好。DCR往往和电感值正相关，所以选型时小感值电感的优势主要体现在这里。扁线绕组比圆线绕组具有更小的DCR。

c.交流电阻（ACR）

由于临近效应和趋肤效应，交流电流流经的电阻与绕组的直流电阻不完全一样，频率越高差异越大，一般计算时可以用DCR和电流有效值进行简单估算得到全部导线损耗（Wire Loss）。

d.温升电流 (Irms）

温升电流是指使电感温度升高规定的量所需的直流电流。温升 (ΔT) 不是一个标准值，但通常在 20K 至 40K 之间。温升电流是在室温开放环境中测到，实际应用时一般会加上散热措施，并且出现温升也不一定会使电感损坏，导致这个参数的参考意义有限。如果不采取散热措施的场景，可以根据这个参数评估设计的温升风险。一般尺寸越大，温升电流也越大。

e.饱和电流（Isat）

饱和电流是指电感值在下降到一定的百分比之前，电感可以支持的直流电流。 每个电感的参考百分比电感下降值都是唯一的。通常，制造商将该值设置在 20% 到 35% 之间，这会使电感的比较变得很困难。但数据手册通常会提供一条曲线，显示电感如何随直流电流变化。利用这条曲线可以衡量整个电感范围，以及它如何响应直流电流。

因为直流电流越大，电感值下降越多，我们看到的流经电感的三角波形，实际上斜边并不是真正的直线，斜率绝对值随电流增大而增大。直流饱和电流取决于温度和电感磁性材料及其磁芯结构。不同的结构和磁芯都会影响Isat值。

确保电感工作电流不超过饱和电流至关重要，因为超过饱和电流后，电感值会急剧下降，电流波形也会急剧增加，电感温度剧烈上升。

铁氧体磁芯是最常见的，其特点是具有硬饱和曲线，超过饱和电流后感量下降特别剧烈。合成塑封电感在温度/电流变化时感量下降稳定，具有软饱和特性。

蓝色曲线为典型的合成塑封电感软饱和示例；红色曲线为典型的 NiZn/MnZn 磁芯电感硬饱和示例。

f.自谐振频率（fR）
由于功率电感存在寄生电容和直流电阻，也存在自谐振现象，在谐振频率之下，阻抗处于最大值，有效电感为0。其模型如下

在谐振频率下，负容抗 (Xc) 等于正感抗 (XL), ，其值可通过公式估算：

j2ΠfL=1/(j2ΠfC)

f=1/2Π\sqrt[2]{LC}

电感在谐振频率 (fR)之前具有电感特性（如下图中的蓝色曲线所示），因为频率增加，阻抗增高，呈现电感特性。超过谐振频率之后（如下图中的红色曲线所示），电感则显现出阻抗减小的电容特性。超过这一点之后，电感也不会按预期工作。

功率电感的实际应用中，通常无需特意考虑自谐振频率的影响。部分设计指导建议挖空电感下方铜皮，以减小寄生电容，提高自谐振频率，获得更好的电感特性。因为工作频率和自谐振频率往往相差十倍以上，这点措施仅仅有很小的优化，但是对于布线难度、EMI、信号干扰等方面带来的问题可能更多，无需教条地遵守。

g.品质因素（Q）

品质因数为无功功率与有功功率的比值，即一个工作周期中电感存储/释放的能量与自身损耗的能量之比，显然Q越大性能越好，功率电感的选型中一般不太考虑这个参数，而更多关注具体的损耗。主流电感供应商的仿真参数都会给出这个值，可以作为选型参考。

3.电感的损耗

电感的损耗由线圈损耗（Wire Loss）和磁芯损耗(Core Loss)两部分组成。线圈损耗，又叫铜损，包括直流损耗和交流损耗，前面介绍直流电阻和交流电阻进行了介绍，计算时可以按照DCR和电流有效值进行估算。磁芯损耗，又叫铁损，包括磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗。

a.磁滞损耗

磁芯被磁化时，一部分能量为磁场的势能，在外加电压去掉后，这部分势能转换为电能，使得电感线圈的电流保持连续，而不是跳变为零。另一部分能量驱动磁畴磁畴克服阻尼跟随磁场强度变化而转动，这部分能量会变成热量耗散掉。由于磁畴之间的相互作用和磁矩转动的阻尼，磁畴的转动不会立即跟随磁场的变化而变化，而是会有一定的滞后，想要恢复到相同的磁畴状态需要更大的磁场变化量，也就是磁滞特性。这部分损耗被称为磁滞损耗。

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