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深入剖析电感电流 简介 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多 的挑战。工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的 电流，绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注于解释：电感上 的 DC电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的 LC滤波电路中 的 L （C 是其中的输出电容）。虽然这样理解是正确的，但 是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。 在降压转换中（ Fairchild 典型的开关控制器），电感 的一端是连接到 DC输出电压。另一端通过开关频率切换连 接到输入电压或 GND。 在状态 1 过程中，电感会通过（高边 “high-side ”） MOSFET连接到输入电压。 在状态 2 过程中， 电感连接到 GND。 由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接 地：通过 二极管接地或通过（低边“ low-side ”） MOSFET 接地。如果是后一种方式，转换器就称为“同步 （synchronus ）”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如 果变化的。在状态 1 过程中，电感的一端连接到输入电压， 另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器，输 入电压 必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。相反， 在状态 2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到 地。对于一个降压转换器，输出电压必 然为正端，因此会 在电感上形成负向的压降。 我们利用电感上电压计算公式： V=L(dI/dt) 因此，当电感上的电压为正时（状态 1），电感上的电 流就会增加；当电感上的电压为负时（状态 2 ），电感上的 电流就会减小。通过电感的电流如图 2 所示： 通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为 DC电 流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述 的公式，我们可以计算出峰值电流： 其中， ton 是状态 1 的时间， T 是开关周期（开关频率 的倒数）， DC为状态 1 的占空比。 警告： 上面的计算是假设各元器件 （MOSFET上的导通压 降，电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压 降）上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。 如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精确计 算： 同步转换电路： 异步转换电路： 其中， Rs 为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。 Vf 是 肖特基二极管的正向压降。 R 是 Rs 加 MOSFET导通电阻， R=Rs+Rm。 电感磁芯的饱和度 通过已经计算的电感峰值电流，我们可以发现电感上产 生了什么。很容易会知道，随着通过电感的电流增加，它的 电感量会减小。这是由于磁芯材料的物理特性决 定的。电 感量会减少多少就很重要了：如果电感量减小很多，转换器 就不会正常工作了。当通过电感的电流大到电感实效的程 度，此时的电流称为“饱和电流”