電感也會(huì)變成電容？

原文來(lái)自原創(chuàng)書(shū)籍《硬件設(shè)計(jì)指南 從器件認(rèn)知到手機(jī)基帶設(shè)計(jì)》：

被繞制成螺旋形狀的線圈具有感性，用于電氣用途線圈被稱為電感，電感這個(gè)元件在電源和濾波電路中使用非常廣泛，由此可以分為兩類，一類是用于信號(hào)系統(tǒng)的電感，另一類是用于電源系統(tǒng)的功率電感。

正是因?yàn)殡姼羞@個(gè)元件使用普遍，就很容易被人忽視其一些基本參數(shù)，造成設(shè)計(jì)不足，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重的使用問(wèn)題。越是細(xì)節(jié)的東西就越值得仔細(xì)推敲，這是硬件工程師的基本功。圖1-14 是電感元器件的符號(hào)以及電感內(nèi)部結(jié)構(gòu)，電感有繞線和疊層兩種，疊層電感體積更小、有利于電路小型化，下面介紹電感的基本參數(shù)。

圖1-14 幾種常見(jiàn)的電感

1. 電感值

電感值是電感的基本參數(shù)，也是影響電源紋波電流的重要參數(shù)。電感和電容是對(duì)偶元件，電感有一個(gè)最重要也是最基本的公式(1-2)：

流過(guò)DC-DC BUCK降壓轉(zhuǎn)換器中功率電感的電流是三角波電流（第二章會(huì)有詳細(xì)介紹），只要確定DC-DC轉(zhuǎn)換器的條件，就能根據(jù)公式(1-3)粗略計(jì)算適當(dāng)?shù)墓β孰姼?，其中Vin是輸入電壓，Vout是輸出電壓，F(xiàn)sw是開(kāi)關(guān)頻率，Iout是輸出電流（2.1.2節(jié)會(huì)有詳細(xì)解析，這里先簡(jiǎn)單鋪墊下，本書(shū)的前后邏輯關(guān)聯(lián)是非常強(qiáng)的，在需要的地方，筆者會(huì)提示前后文相關(guān)位置）。

在DC-DC轉(zhuǎn)換器的SPEC(也叫datasheet，規(guī)格書(shū)或數(shù)據(jù)手冊(cè))中都推薦了多種電感值作為使用參考，所以很多工程師不進(jìn)行計(jì)算，只按照制造商的參考值選定，這個(gè)并不會(huì)達(dá)到性能和價(jià)格的最佳設(shè)計(jì)，這是因?yàn)槭謨?cè)中的推薦值是電源IC原廠推薦的一種通用設(shè)計(jì)，我們需要在供應(yīng)商推薦基礎(chǔ)之上，根據(jù)自家產(chǎn)品中負(fù)載的具體電源需求來(lái)優(yōu)化電感選型，做到具體問(wèn)題具體分析，同時(shí)參考推薦值，實(shí)現(xiàn)適合自己產(chǎn)品的最佳電路設(shè)計(jì)，后面章節(jié)會(huì)詳細(xì)介紹電感具體選擇。

2. 飽和電流ISAT

飽和電流特性也叫做直流疊加特性，其影響了電感工作時(shí)的有效感值，如果選擇不合適，電感容易飽和，引起實(shí)際感值下降，不能滿足設(shè)計(jì)需求，甚至有可能燒壞電路。飽和電流各家的定義略有不同，通常而言指的是使初始電感值減小30%時(shí)的電流，如圖1-15 ，一個(gè)4.7uH的電感，在1.5A時(shí)，電感下降了30%，只有大約3.3 uH。注意：如果ISAT不夠的話，電源紋波電流會(huì)隨著電感值的下降而增加，因?yàn)楦鶕?jù)公式(1-3)，在負(fù)載電壓Vout不變時(shí)，L減小了，Iout自然就會(huì)變大，Iout增加后會(huì)使得電感進(jìn)一步下降，這是個(gè)危險(xiǎn)的事情。

圖1-15 電感飽和電流

3. 溫升電流Itemp

這是規(guī)定使用電感時(shí)的環(huán)境溫度容許范圍的參數(shù)，見(jiàn)圖1-16 。溫升電流的定義各家廠商也有區(qū)別，一般而言，指的是將電感溫度上升了30℃時(shí)的電流。溫度的影響因電路的工作環(huán)境而異，因此要根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境選定。

圖1-16 電感溫升電流

4. 直流阻抗RDC

表示通過(guò)直流電時(shí)的電阻值，這個(gè)參數(shù)影響發(fā)熱損耗，一般直流電阻越小損耗越少。減小RDC與尺寸小型化等條件略有沖突（RDC越小的電感，體積往往越大）。

5. 阻抗頻率特性

理想電感的阻抗隨著頻率增加而增加，即“通直隔交”，然而實(shí)際電感由于寄生電容和電阻的存在，這使得電感在一定頻率下呈現(xiàn)感性，超過(guò)一定頻率呈現(xiàn)容性，阻抗反而隨著頻率的增加而減小，如圖1-17 所示，這個(gè)頻率就是轉(zhuǎn)折頻率或者叫諧振頻率，這一點(diǎn)和電容剛好相反。

以上就是電感相關(guān)的特性參數(shù)，在選擇電感時(shí)務(wù)必要仔細(xì)評(píng)估每個(gè)參數(shù)。

圖1-17 實(shí)際電感等效模型和阻抗-頻率曲線

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審核編輯 黃宇