功率電感權(quán)衡，如何有效提高DCDC轉(zhuǎn)換器性能

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）任何電感器在通電后，都會(huì)有一定的功率，如果電感器的電流遠(yuǎn)小于導(dǎo)體的允許電流，一般不稱其為功率電感器。所謂功率電感一般是指電流較大的電感。

功率電感一直是左右DCDC轉(zhuǎn)換器性能的核心元件，電子設(shè)備向更高性能演進(jìn)的同時(shí)，DCDC鏈路相應(yīng)地對(duì)電池電壓調(diào)整水平也需要有所提升。此時(shí)就需要功率電感為DCDC轉(zhuǎn)換器提供關(guān)鍵的調(diào)節(jié)能力。

DCDC轉(zhuǎn)換器中的功率電感應(yīng)用

電子設(shè)備升級(jí)的過程中，功率電感器是決定設(shè)備內(nèi)DCDC轉(zhuǎn)換器性能的關(guān)鍵元件，幫助DCDC通過積累和釋放能量來維持連續(xù)電流，可以為不同電壓等級(jí)的電源系統(tǒng)提供大電流和大電感。接通直流電時(shí)，電流能自由通過功率電感器，而接通交流電AC時(shí)，電感器將發(fā)揮電阻的作用。

當(dāng)搭配執(zhí)行高速開關(guān)的IC使用時(shí)，功率電感器亦可促使DCDC轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換到所需水平。開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，功率電感器會(huì)存儲(chǔ)能量，開關(guān)器件斷開時(shí)則會(huì)釋放能量并流過電流，通過改變PWM占空比，可以將電壓降低至目標(biāo)水平。

由于是PWM調(diào)制的結(jié)果，所以DCDC類電源具有一定的波紋，PWM的頻率和電感的取值都會(huì)對(duì)紋波造成影響。不論是BOOST升壓電路和BUCK降壓電路，這顆功率電感都是必不可少的。

這類功率電感的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，從移動(dòng)數(shù)碼設(shè)備到通信設(shè)備，從工控設(shè)備到汽車電子設(shè)備，都需要功率電感來改善DCDC鏈路性能。目前和DCDC轉(zhuǎn)換器相關(guān)的，最熱門的應(yīng)用無疑是儲(chǔ)能和汽車兩類。這兩個(gè)應(yīng)用都需要DC-DC轉(zhuǎn)換器在更寬的溫度范圍里提供更穩(wěn)定的功率，這就需要功率電感在不犧牲DCR和磁芯損耗性能的情況下，有更低的漏磁和更平滑的飽和特性。

具體來看，想要提高DCDC轉(zhuǎn)換器效率，需要功率電感損耗更低；想要將減小DCDC轉(zhuǎn)換器尺寸，需要功率電感采用新的積層技術(shù)、薄膜技術(shù)；想要提高電流能力，需要強(qiáng)化功率電感磁芯；想要提高輸出穩(wěn)定性，需要提高直流特性、溫度特性；想要提高過渡響應(yīng)特性，需要優(yōu)化功率電感電感值和紋波電流；想要降低轉(zhuǎn)換器噪音，需要降低功率電感漏磁。

DCDC轉(zhuǎn)換器與功率電感性能權(quán)衡

上面將DCDC轉(zhuǎn)換器性能的變化與相應(yīng)功率電感需要做出的改變做了對(duì)應(yīng)，但實(shí)際上設(shè)計(jì)功率電感往往比較困難。這些參數(shù)之間，存在著互相制約的復(fù)雜關(guān)系，其各種特性會(huì)隨電流大小或溫度等而發(fā)生變化。

基于這種復(fù)雜的相互制約關(guān)系，功率電感的選擇需要從DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發(fā)。

如磁芯的選擇，DCDC轉(zhuǎn)換器性能提升后鐵氧體磁芯電感器難以滿足所有要求，但是它的高頻特性很突出，金屬磁性材料磁芯的飽和磁通密度優(yōu)異，更適合大電流化。材料的選擇對(duì)被動(dòng)元件來說一直都起著決定性作用。

在DCDC轉(zhuǎn)換器中，功率電感器的損耗絕大部分來自直流電阻引起的直流損耗。除了材料本身的阻值特性，直流電阻值也會(huì)隨繞組的粗細(xì)及匝數(shù)的變化發(fā)生變化，并且發(fā)熱的程度也會(huì)影響到最終的損耗，所以使用磁芯損失較少的磁芯材料也很重要。

上面提到，DCDC類電源具有一定的波紋，PWM的頻率和電感的取值都會(huì)對(duì)紋波造成影響。電感大小與波紋電流大小之間也存在著制約關(guān)系。電感較小，紋波電流會(huì)增大，電感較大，又會(huì)對(duì)增加尺寸和成本，并影響過渡響應(yīng)特性。一般設(shè)置電感值來使波紋電流變?yōu)轭~定電流的20%-30%。

小結(jié)

除了這些性能上的權(quán)衡，在工藝方面，越來越多的功率電感采用一體成型技術(shù)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已有近7成功率電感采用或即將采用一體成型技術(shù)進(jìn)一步提高性能。高性能的DCDC轉(zhuǎn)換器需要在高性能功率電感的選擇上權(quán)衡各方面參數(shù)的影響，然后做出綜合效率、尺寸以及成本的選擇。