當(dāng)我在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)一些電路設(shè)計(jì)軟件的使用，一些電路設(shè)計(jì)的方案，一些創(chuàng)新的想法，一些元器件的選型這些都是可以記錄成文，并且分享出來(lái)一起討論的。因此從本節(jié)文字開(kāi)始，正式開(kāi)啟電路【電路設(shè)計(jì)筆記】的更新。當(dāng)然，這里的部分電路是我用了非常多年的成熟電路，一些電路是我臨時(shí)創(chuàng)新想出的未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的電路，這些沒(méi)有被驗(yàn)證的電路我會(huì)指出來(lái)，大家閱讀時(shí)如果發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題也希望不吝指出。

對(duì)于一個(gè)精通經(jīng)驗(yàn)的嵌入式工程師來(lái)說(shuō)，感性器件是永遠(yuǎn)繞不過(guò)的一道坎。其中感性元器件的代表就是電感，高頻變壓器和電機(jī)。電機(jī)的話(huà)題太過(guò)于復(fù)雜，我們暫時(shí)先不講，今天的話(huà)題先來(lái)聊聊工作在開(kāi)關(guān)電源中的電感和高頻變壓器。

電源能量比的增加曾幾何時(shí)，我們?nèi)粘ｋ娮釉O(shè)備中的適配器又大又重，這些笨重的充電器和適配器雖然看著比較嚇人，但是它們的功率往往只有 5W，9W 左右。這種能量比非常低的老式適配器它的名字為“線(xiàn)性電源適配器”。

而近些年開(kāi)關(guān)電源的大量使用，這種笨重的電源適配器除了某些特殊需求時(shí)才會(huì)被用到，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，基本已?jīng)見(jiàn)不到它們的蹤影。取而代之的，是一個(gè)又一個(gè)小巧，功率大的開(kāi)關(guān)電源適配器。

之所以現(xiàn)在的開(kāi)關(guān)電源可以做到非常大的能量 / 體積比，其中功不可沒(méi)的就是變壓器和磁性元件的改善。可以做個(gè)比喻使用線(xiàn)性電源適配器時(shí)，其內(nèi)部的線(xiàn)性變壓器就類(lèi)似于一輛馬拉的火車(chē)，而高頻變壓器就類(lèi)似于一輛汽油小車(chē)。雖然馬車(chē)一次性可以拉很多貨物，但是由于拉貨來(lái)回的速度比較低，對(duì)于同樣數(shù)量的貨物，汽油小車(chē)肯定比馬車(chē)?yán)目?。而開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源相比，也是如此。開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器傳輸能量時(shí)可達(dá) 60kHz，線(xiàn)性電源的變壓器還是以工頻電網(wǎng)的頻率 50Hz 去傳輸能量的。

反激電源中的變壓器和電感常用的開(kāi)關(guān)電源 AC-DC 變換器，它們大多是基于反激拓?fù)?，反激拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，非常適合在商用設(shè)配器中使用。

一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源的主拓?fù)潆娐范家呀?jīng)確定好，每家廠(chǎng)商都一樣，但是為什么我們平時(shí)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)選用的電源發(fā)熱量、效率、EMC 卻有著這么大的區(qū)別呢？這是因?yàn)檎嬲佳幸患译娫磸S(chǎng)商設(shè)計(jì)能力的正是工作在這些電源里面的磁性器件和感性器件。這些器件的選用會(huì)直接影響一個(gè)電源的效率，EMC 和成本。

電源中電感的分類(lèi)（物理分類(lèi)）電感依鐵芯形狀不同有環(huán)型（toroidal）、E 型（E core）及工字型（drum core）；依鐵芯材質(zhì)而言，主要有陶瓷芯（ceramic core）及兩大軟磁類(lèi)，分別是鐵氧體（ferrite）及粉末鐵芯（metallic powder）等。依結(jié)構(gòu)或封裝方式不同有繞線(xiàn)式（wire wound）、多層式（multi-layer）及沖壓式（molded），而繞線(xiàn)式又有非遮蔽式（non-shielded）、加磁膠之半遮蔽式（semi-shielded）及遮蔽式（shielded）等。

電感感量和其內(nèi)部磁心的截面積，氣隙，匝數(shù)都有關(guān)系。

電感的基本參數(shù)

電感值 （L）：電感值是實(shí)現(xiàn)所需電路功能的主要參數(shù)，也是大 多數(shù)設(shè)計(jì)程序中第一個(gè)要計(jì)算的參數(shù)。計(jì)算的電 感值要能夠提供最小的能量?jī)?chǔ)存（或伏特 - 微秒容 量）以及減少輸出電流紋波。使用小一點(diǎn)的電感 值會(huì)增加直流輸出的交流紋波。使用太大或太小的電感值可能會(huì)使轉(zhuǎn)換器在連續(xù)與非連續(xù)運(yùn)行模 式之間變化。

容差：大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用對(duì)電感容差沒(méi)有特別嚴(yán)格的要求。對(duì)于大多數(shù)元件來(lái)說(shuō)，選擇標(biāo)準(zhǔn)容差產(chǎn)品合乎成本效益，并且能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換器 的要求。一般來(lái)說(shuō)電感容差是±20%，適用于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器。

直流電阻 （DCR）：DCR 只是電感所使用的銅線(xiàn)的一個(gè)量度。它嚴(yán)格 基于銅線(xiàn)直徑和長(zhǎng)度。在目錄中通常規(guī)定為“最大值”，但也可以規(guī)定為帶容差的標(biāo)稱(chēng)值。第二種方法通過(guò)給出標(biāo)稱(chēng)值或預(yù)期電阻可能更具指導(dǎo)性。跟通常為銅材的線(xiàn)圈材料的電阻率一樣，DCR 隨溫度的變化而變化。DCR 額定應(yīng)考慮環(huán)境測(cè)試溫度，這是很重要的。

交流電阻 此參數(shù)一般不會(huì)在電感數(shù)據(jù)表中顯示，它通常不是一個(gè)問(wèn)題，除非工作頻率或電流的交流成分比直流 成分大。由于集膚效應(yīng)，大多數(shù)電感線(xiàn)圈的電阻隨工作頻率 的增大而增大。如果交流或紋波電流相對(duì)于平均或直流電流要小，那么 DCR 是一個(gè)很好的電阻損耗度量標(biāo)準(zhǔn)。集膚效應(yīng)隨銅線(xiàn)直徑和頻率的變化而變化 ，因此，要包含此數(shù)據(jù)就需要目錄所列的每一 電感的完整頻率曲線(xiàn)。

自諧頻率 （SRF）：每個(gè)電感線(xiàn)圈都有一些聯(lián)帶的分布電容，與電感值一起形成一個(gè)有自諧頻率的并聯(lián)諧振回路。對(duì) 于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，電感最好是在遠(yuǎn)低于 SRF 的頻率下工作。這個(gè)通常在電感數(shù)據(jù)中顯示為“典型”值。

電流額定值：在確定一個(gè)功率電感時(shí)，電流額定值或許是最難確 定的額定值。在整個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)過(guò)程中，通過(guò) DCDC 轉(zhuǎn)換器電感的電流總是在變化，并且可能是循 環(huán)到循環(huán)的變化，這取決于轉(zhuǎn)換器的運(yùn)作，包括由于突加負(fù)載或線(xiàn)路變化而產(chǎn)生的瞬變電流或尖峰電流。這就產(chǎn)生一個(gè)不斷變化的電流值，有時(shí)具有非 常高的峰均比。正是峰均比使規(guī)格的確定變得困難。

飽和電流：電流通過(guò)電感的一個(gè)影響是鐵芯飽和。DC-DC 轉(zhuǎn) 換器的電流波形一般都有一個(gè)直流成分。此直流電 流通過(guò)電感時(shí)偏置鐵芯從而導(dǎo)致其磁通量飽和。設(shè) 計(jì)人員需要知道，當(dāng)發(fā)生飽和時(shí)，電感值下降，元件功能也不再表現(xiàn)為電感。在 10-20%的范圍內(nèi)進(jìn) 行定義是很普遍的，但應(yīng)注意的是，有些電感目錄可能會(huì)定義為電感值下降 50%時(shí)的電流。這會(huì)增大電流額定值，但就電流的可用范圍而言，這可能會(huì) 引起誤導(dǎo)。

均方根電流 電流的另外一個(gè)重要影響是元件自身發(fā)熱。均方 根電流用于測(cè)量多大的平均電流能夠連續(xù)地通過(guò) 電感同時(shí)產(chǎn)生的溫升小于規(guī)定值。數(shù)據(jù)表提供的 總是直流或低頻交流應(yīng)用的額定值，這并不包括 之前提到的因集膚效應(yīng)引起的發(fā)熱或其它高頻效應(yīng)。如示例，電流額定值可針對(duì)單一的溫升點(diǎn)， 或者有些供應(yīng)商提供溫升與電流關(guān)系的圖表或能 夠用于計(jì)算任何電流的溫升的因素。Irms 額定值應(yīng)包括測(cè)量的環(huán)境溫度。電感規(guī)格一 般包括一個(gè)工作溫度范圍。電感預(yù)計(jì)在此環(huán)境溫 度范圍內(nèi)使用。因自身發(fā)熱產(chǎn)生的溫升可能會(huì)導(dǎo) 致電感溫度高于額定范圍。

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