功率电感器基础讲座-第1章-2

目录：第1章何谓功率电感器？

1.1 功率电感器概要
1.2 功率电感器的基本特性

电感
额定电流
直流阻抗 Rdc
工作温度范围

1.3 功率电感器的类型

金属合金绕线型
铁氧体绕线型
铁氧体多层型
功率电感器的性能比较

1.4 选定功率电感器时的课题

1.2 功率电感器的基本特性

那么在选定功率电感器时，应当查看哪些参数呢？各制造商的功率电感器产品目录上，主要记载了下列技术规格。图1-2呈现了技术规格表的一个示例。

	◆电感
	◆额定电流……	直流叠加额定电流 Isat 温升额定电流 Itemp
	◆直流阻抗Rdc
	◆工作温度范围

图1-2 功率电感器特性表

可是仅凭这个，还是不清楚应该选择哪种技术规格的功率电感器。例如，电感高的好还是低的好、需要多大的额定电流之类，因为必须根据DC-DC转换器的工作条件适当地选择。本章介绍功率电感器技术规格的看法。

＜电感＞
电感值是影响纹波电流和负载响应特性的一个非常重要的参数。DC-DC转换器使用的功率电感器中通过图1-3所示的三角波电流。一般来说，可将纹波电流⊿IL设置为负载电流Iout的30%左右。因此，只要决定DC-DC转换器的条件，就能根据以下算式计算适当的功率电感器电感。

图1-3 功率电感器中通过的电流波形

但是，在DC-DC转换器上几乎都记载了功率电感器的适当电感值作为参考值。因此，即使不进行上述算式之类的计算，也能按照制造商的参考值选定。

＜额定电流＞
额定电流规定了电流值的上限，通过的直流电流超过该值时，无法保障质量。功率电感器的额定电流有两种，一种规定了直流叠加额定电流（Saturation），另一种规定了温升额定电流（Temperature）。各自具有重要含义，往往分别记载技术规格。

ⅰ）直流叠加额定电流 Isat
电感器的特性之一是直流叠加特性。为了获取高电感，电感器的芯部（磁心）采用铁氧体等磁性体材料。电流通过电感器时，会产生磁性体的磁饱和现象，电感会下降。将这种特性称为直流叠加特性。直流叠加额定电流规定了电感相对于未叠加电流的初始特性下降一定比例时的电流值。

ⅱ）温升额定电流 Itemp
这是以元件的发热为指标的额定电流规定，超过该范围使用，会导致元件损坏或组件故障。一般来说是按温度上升⊿40℃的电流值规定的。

下面看一下作为功率电感器使用时，应该如何决定这些额定电流。如图1-3所示，电感器中最大通过Iout+⊿IL/2的电流。如果电流值在Isat以上，电感的下降就会增大，如图1-4的红线所示，三角波电流的形状异常，纹波电流增加。由于纹波电流成为改变输出电压的因素，如果纹波电流增加，就会引起负载端系统动作异常。因此，必须选定Isat在最大电流以上的产品。
至于温升额定电流，即使超过额定值，电感器也不会马上损坏。因此，应以Itemp值在Iout以上为标准选定。

图1-4 直流叠加特性引起的纹波电流变动

＜直流阻抗 Rdc＞
表示通过直流电时的阻抗值。由于该阻抗值，因发热而产生电力损耗，所以直流阻抗越小损耗越少。但是，减小Rdc与直流叠加特性、尺寸小型化等存在折衷关系。只要从上述的满足电感、额定电流等必要特性的电感器当中，选定Rdc更小的产品即可。

＜工作温度范围＞
这是规定使用电感器时的环境温度容许范围的参数。温度的影响因电路的工作环境而异，因此要设想实际使用环境后选定。

下面看一下实际的DC-DC转换器的功率电感器选定示例。以图1-5所示的降压DC-DC转换器为例。这里假设在下列条件下动作的情况。

	[工作条件] Vin：3.6V Vout：1.8V FSW：2.0MHz Iout：1.5A
			图1-5 降压DC-DC转换器事例

根据以下算式，适当电感的大小约为1.0μH。

同时，Iout=1.5A，⊿IL约为Iout的30%，即0.45A，因此最大电流为如下所示：
Iout+⊿IL/2＝1.725A
如此一来，大致需要Itemp1.5A以上、Isat1.8A以上的电感器。

只要使用村田的设计辅助软件“SimSurfing/DC-DC转换器设计辅助工具”，即可根据所要求的技术规格搜索最佳产品。如图1-6的红框所示，在搜索项目中输入电感、尺寸、Itemp、Isat的要求值后，即在蓝框部分列表显示符合条件的产品。

图1-6 利用设计辅助软件“SimSurfing”根据条件搜索

在图1-7中，选择了

DFE252010F-1R0M
LQH2HPN1R0MGR
LQM2HPN1R0MGH

三种产品比较叠加特性。根据这些结果可知，在本事例中DFE252010F-1R0M满足要求条件，具有低Rdc和高Isat特性。

図图1-7 利用设计辅助软件“SimSurfing” 比较基本特性

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