随着半導體材料的發展，氮化镓、碳化矽第三代半導體逐漸走入人們視野，不斷縮小充電器的體積。支持多個設備同時充電的多口充電器，大大方便了我們的生活。低功率的移動電源也逐步退出市場，越來越多的高功率快充充電寶湧入市場，體積與普通充電寶差異不大，但卻支持高功率輸入與輸出。

多口充電器、移動電源、拓展塢、車載充電器，甚至到電動車等，這些設備内的降壓或升降壓功率電感，你又知道多少呢？

在開關電源（指直流轉直流電路，如Buck、Boost、Buck-Boost等拓撲結構，因為也有終端成品叫開關電源，指的是交流轉直流的方案，因為都是通過改變開關頻率轉換電壓，都稱為開關電源）電路的設計中，電感的設計與選型，給設計工程師帶來了許多的挑戰。亦或者電感的選型被絕大部分人所忽視。

工程師在設計中，比較常關注的參數有：

1、電感的感值（根據開關電源的工作頻率，以及輸入輸出的電壓，選取适合的感值）；

2、電感的直流導通阻抗（在開關電源的SW端流進電感一側，再從電感另一側流出，選取低DCR來降低電感本身的耗散功率）；

3、電感的飽和電流（根據整體電路需要提供的輸出能力，選取适合的飽和電流，使電感低飽和工作）；

4.電感的溫升電流（電感兩側加載直流時，電感本身的抵抗和流經電感的電流的平方會産生熱能，電感溫度上升，溫升電流越大代表溫升越理想）等等。

資深的工程師，會關注：

1、電感的繞線結構，不同的繞線結構，其對應産生磁力線的方向會不同，磁力線的方向所經過的地方，需要考慮是否有容易被幹擾的元器件，是否需要考慮旋轉電感的擺放方向，或者增加屏蔽罩等措施來優化整機工作性能，優化EMC等；

2、電感的機械尺寸，在同等條件下，需要考慮電路工作的環境溫度，是消費類産品的工作溫度還是工業級或汽車級，不同領域的工作環境不同，電感的通電工作時自身會産生溫升，疊加上環境溫度，以及密閉的惡劣條件，周圍器件的溫升疊加，是否需要考慮選用更大一尺寸的功率電感，同條件下，更大尺寸的電感，熱阻系數低，接觸空氣的表面積大，自身發熱會更低等等。

在更嚴峻的一些應用場景中，又需要考慮發熱，但終端産品的體積又受限制，有的産品很薄，有的産品面積很小，不允許任性的選擇大體積的電感，這時候，工程師開始靜下心來研究電感的一些“隐藏參數”，比如：

1、電感的交流導通阻抗（電感實際在應用中，DCDC的SW輸出是一個直流疊加交流的波形，不同的開關電源開關頻率不同，頻率越高，電感的交流等效阻抗會衰減）；

2、電感磁芯的矯頑力，剩磁（電感的整體損耗除了銅線的直流導通阻抗，交流阻抗，還有磁芯的材質導緻本身的磁損，也有成為鐵損的），同樣條件下，不同的磁材料的電感，在整體電路中應用時，整體效率，發熱的結果大相徑庭。

3、居裡溫度，在一些極惡劣環境，指極度高溫時，磁芯的磁導率會急劇下降，通常在一些極限應用中會關注。

4、電感的工藝結構，不同的工藝，漏磁不同，因為磁場是看不見的，尤其是一些半屏蔽電感，主要也是在一些條件苛刻的EMC認證時會特别關注，如一些軍标的認證要求。

綜上，絕對大部分的工程師，關注的最多的還是電感的感值、直流導通阻抗（DCR）、飽和電流（Isat）。但如今的電子産品，功率越做越大，體積卻在越來越輕薄，經常在産品的設計過程中，會遇到高度問題，發熱問題，但對電感沒有太深入的了解，這個廠家的電感不行，換個供應商的試試，試了很多方案，還是不行，可能起初在方向就錯了，眼看着項目交期臨近，着實傷腦筋。以下三體微為你深度剖析電感的選型要點，理解電感中各個參數的含義。

功率電感的用途，常常為開關電源的輸出端中，搭建成LC濾波電路，其中的L就是功率電感（C是輸出電容）。隻理解到這個程度還不夠，為了使得電感在設計中更優化，甚至許多場合，發熱問題和高度問題都聚焦在電感上，我們必須搞清楚電感的發熱有哪些部分組成，随着電子産品越做越小型化，越做越薄，終究有一天要弄清楚這個問題，為了解決發熱問題，必須更深入的了解電感在工作時的行為本質。

在衆多開關電源的拓撲中，應用原理相同，我們以降壓電源轉換（Buck拓撲）舉例，如圖1所示。電感的一側是連接在功率開關切換處，連接到輸入或GND，另一側連接到輸出電壓。電路中由Q1功率管和CR1功率續流二極管來回高速切換進行工作，随着半導體工藝提升，越來越多Buck電路中的續流二極管已經被功率開關管所取代，并成熟應用于諸多領域。

注意，當上管與下管（也有稱為High Side與Low Side）都是功率開關管時，兩個功率管是不允許同時導通的（同時導通的話，輸入到GND的回路阻抗最低，會直接短路，電路會失效），必須以合适的時間進行上管與下管的導通，關斷的管理，使得兩管交替工作，稱之為“死區時間”。即Q1導通的時候，Q2必須斷開，Q2導通的時候，Q1必須斷開，必須非常精準的進行同步控制，所以上下都是功率開關管的電源轉換電路，也被稱為同步整流電源轉換。

圖1.降壓電源轉換基本結構

如圖2，分别是兩個工作狀态，在狀态1中，電感會通過上管（“high-side”）連接到輸入，在狀态2中，電感連接到GND。

圖2.Buck電路控制狀态

我們詳細分析一下這兩個工作狀态，電感的電流與電壓是如何變化的，如圖3所示。

在狀态1中，電感的一端連接到的是輸入電壓，另一端連接到的是輸出電壓。對于一個降壓轉換器，輸入電壓高于輸出電壓，因此會在電感上形成一個正向的壓降。

在狀态2中，原來連接到輸入電壓的電感一端被連接到GND（通過續流二極管或者同步整流構架的下管）。輸出電壓為正端，因此會在電感上形成一個負向的壓降。

圖3.電感在Buck電路中電流與電感的變化過程

由電感的電壓計算公式：

V=L(dI/dt)

單獨拉出其中一個周期做分析，如圖4，狀态1時，電感上的電流會慢慢增加；狀态2時，電感上的電流就會慢慢減小。具體電感的電流如下所示：

圖4.電感單個周期的電流狀态

先通過上管Q1為電感儲能，再通過下管Q2導通釋放到輸出端。電感不停的從輸入端存儲能量，輸出端釋放能量，電感儲能與放能為一個周期，每秒電感進行了幾次儲能與放能，就是電感的工作頻率。

通過圖4可以看到，流過電感的最大電流為DC電流加開關峰峰電流的一半。也稱之為紋波電流。根據上述的公式，可以計算出峰值電流：

其中，ton是狀态1的時間，T是開關周期（開關頻率的倒數），DC為狀态1的占空比。

備注：上面的計算是基于各元器件（MOSFET上的導通壓降，電感的導通壓降或異步電路中肖特基二極管的正向壓降）上的壓降對比輸入和輸出電壓是相對可以忽略的簡化公式。

如果，各器件的壓降不作忽略，計算公式會複雜些：

同步整流轉換電路：

異步轉換電路：

其中，Rs為感應電阻阻抗加電感繞線電阻的阻。Vf 是肖特基二極管的正向壓降。R是Rs加MOSFET導通電阻，R=Rs Rm。

詳細講述了某一個周期的電感狀态的變化，開始正式進入電感選型的深度解析，衆所周知，開關電路當中，在設計中往往遇到高溫以及高度問題的瓶頸時，電感基本都是聚焦點，那麼電感的耗散功率到底有哪些部分組成呢？

絕大部分的設計人員，選型電感時隻看重DCR，即電感的直流導通阻抗，但已經選擇的較低DCR的電感，還是太燙，那就選一個更大尺寸的電感，希望通過更大的體積，接觸空氣的表面積更多，以及本身熱阻更低來降低溫度。

但如果體積與高度不允許的情況下呢？那就沒有退路了，所以必須搞清楚電感的耗散功率到底有哪些部分組成。三體微通過成功經驗的積累以及大量數據分析與你分享以下重要内容。

電感的耗散功率，有三部分組成：

其中，Pdcr是直流偏置損耗，即大部分我們看到的電感規格書中的DCR。

即電感電流中，平均電流的平方與直流導通阻抗的乘積，但電感在此應用當中，并不是直流狀态，而是交流狀态，所以引入了Pacr的耗散功率部分。Pacr是交流偏置部分的損耗。

與Pdcr不同，Pdcr的損耗是下面長方形部分的面積，而Pacr是電感電流三角波部分的面積，這裡面有兩個變量，首先是電感自身的ACR是随頻率變化的，即不同的開關電源，開關頻率是不同的。

如國際型電源芯片廠商，淩力爾特、ADI等，有幾十MHz的電源解決方案，國内本土品牌钰泰科技（ETA）有近10MHz的電源解決方案，當然個别應用場景為了其他設計要求，也有隻能選擇低頻開關頻率的電源方案。

頻率越高，電感的ACR值會越差，不同結構設計的線圈，不同的磁芯配方，都會導緻不同衰減系數的ACR。在高頻下電子在集膚效應的作用下，電子流通率明顯降低，這就是為什麼ACR在高頻下會衰減的原因。

以下是三體微一款用于65W無線充低ACR的成品實測曲線，在不同頻率下，電感的ACR會發生明顯的變化。

另外一個重要變量，則是開關電源的占空比，在不同的占空比下，比如19V轉16.8V，其占空比是88.42%，和19V轉1V，其占空比是5.26%，占空比不同，電感電流的di/dt完全不同，三角波面積也會完全不同，其對ACR的要求也會完全不同。

而以上兩組電源轉換，是在筆記本電腦當中尤為常見的兩組電壓，分别是給4s電池充電的電路和CPU供電的電路。

就拿這兩個常用案例來說，前者，三體微推薦SCHB1040-2R2M，該系列将優化點重心放在優化DCR上；後者，三體微推薦SCHH0630-R22M，該系列将兼備優化DCR同時優化ACR。針對不同應用，需要精準判斷尋找适合的解決方案。

另外，關于Pcore，磁芯損耗，也有簡稱為鐵損的：

這基本都是全球頭部電感供應商的核心技術，core是電感磁芯的意思，在一體成型電感當中，即磁粉原材料用不同的配方，直接影響Pcore的耗散功率。

在磁粉的耗散功率中，又由磁滞損耗，剩餘損耗和渦流損耗組成，其中占比最大的是磁滞損耗，其他兩部分不作為主要讨論對象。

磁芯材料磁化時，送到磁場的能量有2部分，一部分轉化為勢能，即去掉外磁化電流時，磁場能量可以返回電路；而另一部分變為克服摩擦使磁芯發熱消耗掉，這就是磁滞損耗。

磁化曲線中陰影部分的面積代表了在一個工作周期内，磁芯在磁化過程中由磁滞現象引起的能量損耗。如上圖可知， 影響損耗面積大小幾個參數是：最大工作磁通密度B、最大磁場強度H、剩磁Br、矯頑力Hc，其中B和H取決于外部的電場條件和磁芯的尺寸參數，而Br和Hc取決于材料特性。

電感磁芯每磁化一周期，就要損耗與磁滞回線包圍面積成正比的能量，頻率越高，損耗功率越大，磁感應擺幅越大，包圍面積越大，磁滞損耗越大。

三體微有着頂尖的磁粉配方團隊，曾于全球頂尖磁性元器件廠商核心配粉專家組工作十餘年。其主要突破重心則是降低剩磁，以及矯頑力，從而使得磁滞面積縮小，抑制其在高頻工作時産生的耗散功率，同時在磁粉配方當中，三體微專屬的解決方案，可降低成品熱阻特性，使得成品與友商在同樣的效率下，發熱優于其他方案，降低熱系數，解決發熱問題。

正如電流流過導體，電阻産生的壓降會發熱。電感内部磁場方向高頻變化，也會造成功率損耗。電感的損耗分為三大部分：直流損耗、交流損耗、磁芯損耗。其中直流損耗即電感内阻與電流的乘積。在實際應用中主要為交流損耗和磁芯損耗。

通過已經計算的電感峰值電流，我們可以發現電感上産生了什麼。很容易會知道，随着通過電感的電流增加，它的電感量會減小。這是由于磁芯材料的物理特性決定的。

電感量會減少多少非常重要，而不僅僅隻是看一個飽和電流，如果電感量衰減系數高，意味着過飽和電流後，衰減極具，反之則有較為平緩的下降幅度，可以應用短時間大電流的特殊應用場景。

要知道，如果在負載出現微短路狀态，如果電感徹底飽和，意味着直通，作為降壓電路，高壓直通到負載，負載會瞬間損壞。

以三體微SCCT系列和SCHT系列舉例，其磁衰非常緩慢，針對某些場景，需要特别高的飽和電流，甚至應用時個别狀态會使得電感處于高磁飽狀态的，是非常适合推薦的。

可以對比一下市面上抗磁衰普通的電氣性能：

有非常多的應用場景，電感的選型着實讓工程師絞盡腦汁，電感廠商三體微專注于開發頂尖的功率電感産品和方案，針對實際應用，從整體系統的角度為客戶精準定位，推薦最為合适的産品，縮短整體研發周期。

電感廠商通過磁粉配比經驗，結合深入了解電感特性的優勢，根據電感實際工作情況，計算出電感磁芯、線圈損耗與頻率的關系。推出了适用于不同應用場景的各類功率電感産品。此文希望能給研發工程師們帶來收獲，能找到最合适的産品，同時縮短研發周期，提升整機産品的綜合競争力。

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