電感器(線(xiàn)圈)可使直流電流順利流過(guò)，而對(duì)于發(fā)生變化的電流，則會(huì)產(chǎn)生妨礙其變化的電動(dòng)勢(shì)。這稱(chēng)為自感應(yīng)，針對(duì)交流電流，其擁有頻率越高越難通過(guò)的性質(zhì)。為此，當(dāng)電流流過(guò)電感器時(shí)會(huì)將其儲(chǔ)存為能量，屏蔽電流時(shí)會(huì)釋放能量。功率電感器正是利用了此性質(zhì)，并且主要用于DC-DC轉(zhuǎn)換器等電源電路中。
圖1為降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器(二極管整流型)的基本電路，功率電感器是左右其性能的重要元件。
圖1 降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器(二極管整流型)的基本電路
功率電感器特性相關(guān)的參數(shù)相互間存在復(fù)雜的權(quán)衡關(guān)系
功率電感器的設(shè)計(jì)難度在于其特性會(huì)隨電流大小或溫度等而發(fā)生變化。例如，電感(L)擁有隨電流增大而降低的性質(zhì)(直流重疊特性)，同時(shí)，隨著電流增大，溫度會(huì)隨之上升，由此磁芯導(dǎo)磁率(μ)及飽和磁通密度(Bs)會(huì)發(fā)生變化。即使電感值相同，直流電阻(Rdc)值也會(huì)隨繞組的粗細(xì)及匝數(shù)變化，并且發(fā)熱的程度也會(huì)有所不同。此外，磁屏蔽結(jié)構(gòu)的差異也會(huì)對(duì)噪音特性造成影響。
此類(lèi)參數(shù)相互之間存在復(fù)雜的權(quán)衡關(guān)系，從DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發(fā)選擇最佳的功率電感器十分重要。
重點(diǎn)功率電感器的磁性體磁芯分為鐵氧體類(lèi)與金屬類(lèi)兩大類(lèi)
功率電感器根據(jù)不同工藝可大致分為繞組型、積層型、薄膜型。同時(shí)，磁芯材料使用有鐵氧體類(lèi)與金屬類(lèi)磁性體。鐵氧體類(lèi)磁芯中μ較高，由于高電感、金屬磁性材料磁芯的飽和磁通密度優(yōu)異，因此適合大電流化。
重點(diǎn)功率電感器的額定電流分為直流重疊允許電流與溫度上升允許電流兩種。
磁芯變?yōu)榇棚柡秃箅姼兄祵?huì)下降?？稍诜谴棚柡蜖顟B(tài)下流過(guò)的最大電流為直流重疊允許電流(例：相比初始電感值降低40%)。同時(shí)，繞組電阻引起的發(fā)熱中所規(guī)定的為溫度上升允許電流(例：因自發(fā)熱導(dǎo)致溫度上升40℃)。一般情況下，該兩種允許電流中，較小的一方為額定電流。
根據(jù)負(fù)荷大小或頻率不同損耗也會(huì)發(fā)生變化
重點(diǎn)因?yàn)闇囟壬仙龑?dǎo)致的主要損失為繞組引起的銅損以及磁芯材料引起的鐵損
繞組引起的損耗稱(chēng)為銅損，磁芯材料引起的損耗稱(chēng)為鐵損。銅損主要為繞組直流電阻(Rdc)引起的損耗(直流銅損)，其與電流2次方成比例增大。同時(shí)，其擁有頻率越高，交流電流越會(huì)集中在導(dǎo)體表面附近流過(guò)，實(shí)際電阻值增加的性質(zhì)(趨膚效應(yīng))，在高頻范圍中還加上交流電流引起的銅損(交流銅損)。
鐵損主要包括磁滯損耗與渦流損耗。渦流損耗與頻率的2次方成正比，因此在高頻率范圍內(nèi)渦流損耗引起的磁芯損失會(huì)增加。實(shí)現(xiàn)高效化的重點(diǎn)在于即使在高頻范圍內(nèi)也選擇使用磁芯損失較少的磁芯材料。
圖2 功率電感器損耗原因
重點(diǎn)中～重負(fù)荷時(shí)主要為銅損，而輕負(fù)荷時(shí)則主要為鐵損
功率電感器的損耗會(huì)因負(fù)荷大小而發(fā)生變化。中～重負(fù)荷時(shí)流過(guò)電感器的電流中直流偏置電流較大，因此主要為繞組的直流電阻(Rdc)引起的銅損。而在輕負(fù)荷時(shí)，由于幾乎不會(huì)流過(guò)直流偏置電流，因此銅損會(huì)下降，但在待機(jī)狀態(tài)下也會(huì)有一定頻率的開(kāi)關(guān)工作，因此主要為磁芯材料的鐵損，從而效率會(huì)大幅下降(圖3)。
圖3 DC-DC轉(zhuǎn)換器負(fù)荷大小與功率電感器損耗的不同
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