功率电感器基础讲座-第1章-2_转载自村田官网
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功率電感器基礎講座-第1章-2
目錄：第1章 何謂功率電感器？
| ? | 1.1 功率電感器概要 1.2 功率電感器的基本特性
| ? | 1.3 功率電感器的類型
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1.2 功率電感器的基本特性
那么在選定功率電感器時，應當查看哪些參數呢？各制造商的功率電感器產品目錄上，主要記載了下列技術規格。圖1-2呈現了技術規格表的一個示例。
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| ? | ◆電感 | ? |
| ? | ◆額定電流…… | 直流疊加額定電流 Isat 溫升額定電流 Itemp |
| ? | ◆直流阻抗Rdc | ? |
| ? | ◆工作溫度范圍 | ? |
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圖1-2 功率電感器特性表
可是僅憑這個，還是不清楚應該選擇哪種技術規格的功率電感器。例如，電感高的好還是低的好、需要多大的額定電流之類，因為必須根據DC-DC轉換器的工作條件適當地選擇。本章介紹功率電感器技術規格的看法。
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＜電感＞
電感值是影響紋波電流和負載響應特性的一個非常重要的參數。DC-DC轉換器使用的功率電感器中通過圖1-3所示的三角波電流。一般來說，可將紋波電流⊿IL設置為負載電流Iout的30%左右。因此，只要決定DC-DC轉換器的條件，就能根據以下算式計算適當的功率電感器電感。
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圖1-3 功率電感器中通過的電流波形
但是，在DC-DC轉換器上幾乎都記載了功率電感器的適當電感值作為參考值。因此，即使不進行上述算式之類的計算，也能按照制造商的參考值選定。
＜額定電流＞
額定電流規定了電流值的上限，通過的直流電流超過該值時，無法保障質量。功率電感器的額定電流有兩種，一種規定了直流疊加額定電流（Saturation），另一種規定了溫升額定電流（Temperature）。各自具有重要含義，往往分別記載技術規格。
ⅰ）直流疊加額定電流 Isat
電感器的特性之一是直流疊加特性。為了獲取高電感，電感器的芯部（磁心）采用鐵氧體等磁性體材料。電流通過電感器時，會產生磁性體的磁飽和現象，電感會下降。將這種特性稱為直流疊加特性。直流疊加額定電流規定了電感相對于未疊加電流的初始特性下降一定比例時的電流值。
ⅱ）溫升額定電流 Itemp
這是以元件的發熱為指標的額定電流規定，超過該范圍使用，會導致元件損壞或組件故障。一般來說是按溫度上升⊿40℃的電流值規定的。
下面看一下作為功率電感器使用時，應該如何決定這些額定電流。如圖1-3所示，電感器中最大通過Iout+⊿IL/2的電流。如果電流值在Isat以上，電感的下降就會增大，如圖1-4的紅線所示，三角波電流的形狀異常，紋波電流增加。由于紋波電流成為改變輸出電壓的因素，如果紋波電流增加，就會引起負載端系統動作異常。因此，必須選定Isat在最大電流以上的產品。
至于溫升額定電流，即使超過額定值，電感器也不會馬上損壞。因此，應以Itemp值在Iout以上為標準選定。
圖1-4 直流疊加特性引起的紋波電流變動
＜直流阻抗 Rdc＞
表示通過直流電時的阻抗值。由于該阻抗值，因發熱而產生電力損耗，所以直流阻抗越小損耗越少。但是，減小Rdc與直流疊加特性、尺寸小型化等存在折衷關系。只要從上述的滿足電感、額定電流等必要特性的電感器當中，選定Rdc更小的產品即可。
＜工作溫度范圍＞
這是規定使用電感器時的環境溫度容許范圍的參數。溫度的影響因電路的工作環境而異，因此要設想實際使用環境后選定。
下面看一下實際的DC-DC轉換器的功率電感器選定示例。以圖1-5所示的降壓DC-DC轉換器為例。這里假設在下列條件下動作的情況。
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| ? | [工作條件] Vin：3.6V Vout：1.8V FSW：2.0MHz Iout：1.5A | ? | |
| ? | ? | ? | 圖1-5 降壓DC-DC轉換器事例 |
根據以下算式，適當電感的大小約為1.0μH。
同時，Iout=1.5A，⊿IL約為Iout的30%，即0.45A，因此最大電流為如下所示：
Iout+⊿IL/2＝1.725A
如此一來，大致需要Itemp1.5A以上、Isat1.8A以上的電感器。
只要使用村田的設計輔助軟件“SimSurfing/DC-DC轉換器設計輔助工具”，即可根據所要求的技術規格搜索最佳產品。如圖1-6的紅框所示，在搜索項目中輸入電感、尺寸、Itemp、Isat的要求值后，即在藍框部分列表顯示符合條件的產品。
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圖1-6 利用設計輔助軟件“SimSurfing”根據條件搜索
在圖1-7中，選擇了
LQH2HPN1R0MGR
LQM2HPN1R0MGH
三種產品比較疊加特性。根據這些結果可知，在本事例中DFE252010F-1R0M滿足要求條件，具有低Rdc和高Isat特性。
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図圖1-7 利用設計輔助軟件“SimSurfing” 比較基本特性
總結
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