原文來自原創書籍《硬件設計指南 從器件認知到手機基帶設計》:

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,一類是用于信號系統的電感,另一類是用于電源系統的功率電感。
正是因為電感這個元件使用普遍,就很容易被人忽視其一些基本參數,造成設計不足,導致產品出現嚴重的使用問題。越是細節的東西就越值得仔細推敲,這是硬件工程師的基本功。圖1-14 是電感元器件的符號以及電感內部結構,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。

圖1-14 幾種常見的電感
1. 電感值
電感值是電感的基本參數,也是影響電源紋波電流的重要參數。電感和電容是對偶元件,電感有一個最重要也是最基本的公式(1-2):

流過DC-DC BUCK降壓轉換器中功率電感的電流是三角波電流(第二章會有詳細介紹),只要確定DC-DC轉換器的條件,就能根據公式(1-3)粗略計算適當的功率電感,其中Vin是輸入電壓,Vout是輸出電壓,Fsw是開關頻率,Iout是輸出電流(2.1.2節會有詳細解析,這里先簡單鋪墊下,本書的前后邏輯關聯是非常強的,在需要的地方,筆者會提示前后文相關位置)。
在DC-DC轉換器的SPEC(也叫datasheet,規格書或數據手冊)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行計算,只按照制造商的參考值選定,這個并不會達到性能和價格的最佳設計,這是因為手冊中的推薦值是電源IC原廠推薦的一種通用設計,我們需要在供應商推薦基礎之上,根據自家產品中負載的具體電源需求來優化電感選型,做到具體問題具體分析,同時參考推薦值,實現適合自己產品的最佳電路設計,后面章節會詳細介紹電感具體選擇。

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的有效感值,如果選擇不合適,電感容易飽和,引起實際感值下降,不能滿足設計需求,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%時的電流,如圖1-15 ,一個4.7uH的電感,在1.5A時,電感下降了30%,只有大約3.3 uH。注意:如果ISAT不夠的話,電源紋波電流會隨著電感值的下降而增加,因為根據公式(1-3),在負載電壓Vout不變時,L減小了,Iout自然就會變大,Iout增加后會使得電感進一步下降,這是個危險的事情。

圖1-15 電感飽和電流
3. 溫升電流Itemp
這是規定使用電感時的環境溫度容許范圍的參數,見圖1-16 。溫升電流的定義各家廠商也有區別,一般而言,指的是將電感溫度上升了30℃時的電流。溫度的影響因電路的工作環境而異,因此要根據實際使用環境選定。

圖1-16 電感溫升電流
4. 直流阻抗RDC
表示通過直流電時的電阻值,這個參數影響發熱損耗,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感性,超過一定頻率呈現容性,阻抗反而隨著頻率的增加而減小,如圖1-17 所示,這個頻率就是轉折頻率或者叫諧振頻率,這一點和電容剛好相反。
以上就是電感相關的特性參數,在選擇電感時務必要仔細評估每個參數。

圖1-17 實際電感等效模型和阻抗-頻率曲線
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審核編輯 黃宇
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電感也會變成電容?
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