浅谈Buck电路的功率电感要求

时间：2020-01-05

浅谈Buck电路的功率电感要求

**低功率电感或者**高功率电感开关电源|稳压器的电感，并不象一般开关电源那样容易选择。（功率电感模压线圈升压电感）目前常规的电感都是为一些主流设计所制造，并不能很好地满足一些特殊设计。本文主要讨论**低功率、****Buck电路的电感选择问题。典型应用实例就是小体积电池长时间供电设备。在这种电路中，让工程师感到棘手的问题主要是电池容量（成本与体积）与Buck电路体积、效率之间的矛盾。为了减小开关电源的体积，较好选择尽可能高的开关频率。但是开关损耗以及输出电感的损耗会随着开关频率的提高而增大，而且很有可能成为影响效率的主要因素，正是这些矛盾大大提高了电路设计的难度。

　　对工程师而言，铁磁性元件（电感）可能是较早接触的非线性器件。但是根据制造商提供的数据，很难预测电感在高频时的损耗。因为制造商通常只提供诸如开路电感、工作电流、饱和电流、直流电阻以及自激频率等参数。对于大部分开关电源设计来说，这些参数已经足够了，并且根据这些参数选择合适的电感也非常容易。但是，对于**低电流、**高频率开关电源来说，电感磁芯的非线性参数对频率非常敏感，其次，频率也决定了线圈损耗。

　　对于普通开关电源，相对于直流I2R损耗来说，磁芯损耗几乎可以忽略不计。所以通常情况下，除了“自激频率“这个与频率有关的参数外，功率电感几乎没有其他与频率相关的参数。但是，对于**低功率、**高频率系统（电池供电设备），这些高频损耗（磁芯损耗和线圈损耗）通常会远远大于直流损耗。

　　线圈损耗包括直流I2R损耗和交流损耗。其中，交流损耗主要是由于趋肤效应和邻近效应所导致。趋肤效应是指随着频率的提高移动的电荷越来越趋于导体表面流动，相当于减小了导体导电的横截面积，提高了交流阻抗。比如：在2MHz频率，导体导电深度（从导体表面垂直向下）大概只有0.00464厘米。这就导致电流密度降低到原来的1/e （大概0.37）。邻近效应是指电流在电感相邻导线所产生的磁场会互相影响，从而导致所谓的“拥挤电流”，也会提高交流阻抗。对于趋肤效应，可以通过多芯电线（同一根导线内含多根细导线）适度缓解。对于那些交流电流纹波远小于直流电流的电路，多芯电线可以有效降低电感的总损耗。

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