电源电路的基本元器件（3）电感

电源电路的基本元器件（1）电阻

电源电路的基本元器件（2）电容

古代高频开关电源电路中常用的磁性元件有输入级的直流滤波电感、谐振电感、输入级的共模滤波电感、差模滤波电感、高频开关变压器、驱动变压器和电流互感器等磁性元件。这些磁元件与电路元件团结在一同和谐事情，构成开关电源的电路。为了简化分析,使用安培环路定律和电磁以为定律，将磁性元器件的电磁干系简化为电路干系：自感、互感和变压器。

电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。当电流畅过线圈后，在线圈中构成磁场以为，以为磁场又会产生以为电流来反抗经过线圈中的电流。它是形貌由于线圈电流厘革，在本线圈中或在另一线圈中惹起以为电动势效应的电路参数。电感是自感和互感的总称。提供电感的器件称为电感器。

导体的一种实质，用导体中感生的电动势或电压与产生此电压的电流厘革率之比来量度。稳恒电流产生安定的磁场，不休厘革的电流(交换)或涨落的直流产生厘革的磁场，厘革的磁场反过去使处于此磁场的导体感生电动势。感生电动势的轻重与电流的厘革率成恰比。比例因数称为电感，以标记L表现，单位为亨利(H)。

电感是闭合回路的一种属性，即当经过闭合回路的电流改动时，会显现电动势来反抗电流的改动。这种电感称为自感（self-inductance），是闭合回路本人本身的属性。假定一个闭合回路的电流改动，由于以为作用而产生电动势于别的一个闭合回路，这种电感称为互感（mutual inductance）。

自感：当线圈中有电流经过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流产生厘革时，其周围的磁场也产生相应的厘革，此厘革的磁场可使线圈本身产生以为电动势（感生电动势）（电动势用以表现有源元件抱负电源的端电压），这就是自感。

互感：两个电感线圈互相接近时，一个电感线圈的磁场厘革将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的轻重取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的水平，使用此原理制成的元件叫做互感器。

开关电源计划的一个紧张要素是在功率开关管导通时，要找到一种办法将能量储存起来，当开关管关断时将储存能量提需求负载而维持电流一连。除了负载电流需求极小的情况下，电感都是AC/DC转换历程中必不成少的元件，用于维持电流的一连。

如今绝大大多电感可以从很多需求商那边买到现成的，电源计划者仍必要有基本的磁性质料知识。电感中的能量存储在磁场中，该磁场是由导体上线圈(与磁芯耦合在起)经过一定的电流产生的。磁场随着电流的增长而创建，然后使电流在磁场散失时持续活动。

自感征象，望文生义就是本身的电磁以为征象。它的具体界说是：当回路中导体的电流产生厘革时，它周围的磁场就随着厘革，即由此电流所产生的穿过回路本身所围面积的磁通量也随着厘革，因此在导体中就产生以为电动势，这个电动势总是拦阻导体中原本电流的厘革，这种征象就叫做自感征象。由盲目得所产生的电动势称为自感电动势。

如图所示，思索一个闭合回路，设此中电流为I。

依据毕奥-萨伐尔定律（恒定电流元引发磁场的基本纪律。提出者是毕奥、萨伐尔。），此电流在空间任一点产生的与磁以为强度B与I成恰比，推理得磁通量φL也与回路中的电流I成恰比，即φL∝I。

若回路中有N匝，且穿过每一匝线圈的磁通量φL基本相反，则这个N匝线圈中的自感磁链ΨL=NφL，且该自感磁链ΨL也与电流I成恰比，即ΨL∝I。

为了标明各个线圈产生自感磁链的才能，将线圈的自感磁链与电流的比值叫做线圈（或回路）的自感系数（或自感量），简称自感，用标记“L”表现，L=ΨL/I=NφL/I。

自感系数L是一个比例系数，它在量值上即是线圈中的电流为一个单位时经过线圈的磁链。在国际单位中，自感系数的单位为亨利（H），1H=1Wb/A。和电感一样，由于亨利的单位较大，实用中常接纳豪亨（mH）或微亨（μH），它们的干系为1H=103mH=106μH。

自感了解起来但是也不难，在没有互感作用的情况下，但是自感就是电感。相似于电阻和电容，自感就是表征线圈本身电磁实质的物理量，它仅由线圈的外形、轻重、匝数及周围磁介质的分布所决定，在无其他铁磁质的情况下，它与线圈中的电流不关，就好比导线的电阻与加在导体两头的电压、流过导体的电流不关一样。

自感征象也一定伴随着以为电动势的产生，这个以为电动势就是自感电动势，由法拉第电磁以为定律可知，线圈中的自感电动势为e=-ΔΨ/Δt=-LΔI/Δt。

电源电路中的电感

电感元器件是开关电源输入端中的LC滤波电路中的“L”在降压转换中，电感的一端是毗连到DC输入电压。另一端经过开关频率切换毗连到输入电压或GND。

关于Buck电路来说，在上MOSFET导通的时分，电感会经过MOSFET毗连到输入电压。本人MOSFET导通的时分，电感毗连到GND。

由于使用Buck控制器，可以接纳两种办法完成电感接地：经过二极管接地或经过MOSFET接地。假如是前一种办法，转化器称为异步办法。后一种办法，转换器就称为同步办法。

在形态1历程中，电感的一端毗连到输入电压，另一端毗连到输入电压。关于一个降压转换器，输入电压必需比输入电压高，因此会在电感上构成正向压降。

在形态2历程中，原本毗连到输入电压的电感一端被毗连到地。关于一个降压转换器，输入电压一定为正端，因此会在电感上构成负向的压降。

电感电压盘算公式:V=L(dI/dt)

因此，当电感上的电压为正时（形态1），电感上的电流就会增长；当电感上的电压为负时（形态2），电感上的电流就会减小。

当脉冲电压施加给电感时，电压电流特性如图：

在Buck电路上实测的电感上的电压和电感上的电流，如下图所示：

经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。依据上述的公式，我们可以盘算出峰值电流：此中，ton是形态1的时间，T是开关周期，DC为形态1的占空比。

同步转换电路

异步转换电路

Rs为以为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

经过以前盘算的电感峰值电流，我们会晓得，随着经过电感的电流增长，它的电感量会衰减。这是由于磁芯质料的物理特性决定的。电感量会衰减几多十分紧张，紧张：假如电感量衰减过大，转换器就不会正常事情了。当经过电感的电流大到电感没效的水平，此时的电流称为“饱和电流”。这也是电感的基本参数。

转换电路中的功率电感会有一个饱和曲线十分紧张，值得注意。要了解这个看法可以察看实践丈量的LvsDC电流的曲线：

当电流增长到一定水平后，电感量就会急剧下降，这就是饱和特性。假如电流再增长，电感就会没效了。

有了这个饱和的特性，我们就可以晓得在一切的转换器中为什么都市划定在DC输入电流下的电感值厘革范围（△L≤20%或30%），电感规格书上为什么会有Isat这个参数了。由于纹波电流的厘革不会严峻影响电感量。在一切的使用中都渴望纹波电流尽力的小，由于它会影响输入电压的纹波。这也就是为什么各位总是很体贴DC输入电流下的电感量的衰减水平，而会在规格书中忽略纹波电流下的电感量的缘故。

电感具体的计划历程，具体点击：

【开关电源系列】Buck电路选择输入电感

开关电源输入电感的DCR温度补偿

别的电感还会用在输入端，具体点击：

DCDC电源输入电感的作用是什么？