如何為開關電源選擇合適的電感

　　電感，一直以來都有些許神秘：它可以產(chǎn)生磁場，把磁場和電場聯(lián)系起來;電感的電流I不能突變，但電流變化率dI/dt可以突變;電感的儲能與其流過的電流有關。

　　鐵氧體和鐵粉是用于開關電源電感的兩種磁芯材料。應用于電源的儲能電感通常制成閉環(huán)，使得整個磁場包含在電感的內(nèi)部，因此磁通大小與磁芯的存儲能量將表征磁芯材料的特性。

　　以Buck電路的輸出電感為例。該電感的磁芯具有一定的直流分量，適用的材質有：

　　(1) 鐵粉芯

　　碾磨的鐵粉與其他的合金組成的精細顆粒與絕緣材料涂層構成磁粉芯。鐵粉顆粒周圍的絕緣顆粒構成了鐵粉芯的內(nèi)在分散氣隙。

　　(2) 帶氣隙的鐵氧體磁芯

　　Buck電路的電感具有一定的直流分量。若不開氣隙，鐵氧體磁芯極其容易飽和。開氣隙后，閉合磁路的磁通將快速增大。由于空氣的相對磁導率為1，且磁芯材料的相對磁導率為幾千以上，所以，磁芯中的大部分能量將存儲在氣隙磁通中。

　　氣隙降低了磁芯的有效磁導率，整個B-H曲線會傾斜，增大了飽和時的磁場強度H，磁芯不太容易飽和。圖 1為不開氣隙和開氣隙的B-H曲線。

　　圖 1 電感B-H曲線

　　通常我們會發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)采用鐵氧體的電感設計，其磁芯損耗僅為電感總損耗(線圈加上磁芯損耗)的5%~10%。但是若電感采用鐵粉芯，則該值會增加到20%~30%。

　　一、電感：磁芯的飽和

　　當流過電感的電流(或磁場強度)大于一定值時，電感的磁芯可能飽和。當其飽和時，其感量會減小，并接近于0。

　　某反激電路的限流電阻上的電壓波形如圖 2所示(反激變換器中變壓器的初、次級可以看成一對耦合電感)。從圖中可以看出流經(jīng)初級電感的電流波形。當電流增大時，電感逐漸飽和，電感量減小，從而導致梯形電流的波形的斜率增大。

　　圖 2 電感飽和波形對比

　　二、電感：磁通的泄漏

　　電感的重要特性就是磁通泄漏。非屏蔽電感(如空心電感、棒狀電感、工字電感、環(huán)形氣隙電感等)都會產(chǎn)生磁通泄漏。這些是EMI的潛在來源。

　　特別地，儲能電感中的氣隙的磁場可能會干擾系統(tǒng)的其他器件。如果使用開氣隙磁芯，為了使得磁場泄漏最小，使用小氣隙的大磁芯比使用大氣隙的小磁芯要好。

　　當兩個電感L1和L2彼此靠近時，磁通泄漏將會在兩者之間產(chǎn)生互感。第一個電感電路產(chǎn)生的磁場會對第二個電路產(chǎn)生激勵。這一過程與反激變壓器初級、次級線圈之間的相互影響類似。當兩個電流通過磁場相互作用時，所產(chǎn)生的電壓由互感LM決定：

　　式中，V2是向電路2注入的誤差電壓，I1是在電路1中流過L1的電流。LM對電路間距、電感環(huán)路面積以及環(huán)路方向非常敏感。

　　所以，電感的排列的原則有：

　　(1)正確排列電感的方向，使其成直角，使電感間的串擾降到最小;

　　(2)電感間距應盡可能遠。

　　周立功致遠電子研發(fā)生產(chǎn)的ZY78xx系列模塊電源在設計時，充分考慮的電感的選擇和布局，在空間體積與性能參數(shù)上做了最優(yōu)化的平衡。此系列完全替換LM78xx系列芯片，具有高效率，小體積等優(yōu)點。

　　圖 3 ZY78xxS-500系列