如何为开关电源选择合适的电感
开关电源电感选型计算
开关电源电感选型计算开关电源电感是一种重要的元件，用于存储能量和滤波。
正确选择合适的电感对于开关电源的性能和稳定性至关重要。
我们需要确定电感的额定电流。
额定电流是指电感所能承受的最大电流。
一般来说，电感的额定电流应大于电路中最大负载电流的1.2倍，以保证电感的正常工作。
接下来，我们需要确定电感的工作频率范围。
开关电源工作频率一般在几十kHz到几MHz之间，不同的工作频率需要选择不同的电感。
然后，我们需要根据开关电源的输出功率来确定电感的大小。
电感的大小决定了开关电源的输出电流波形的平滑程度。
一般来说，输出功率越大，电感的大小也应越大。
开关电源电感的电感值还应满足以下要求：1. 电感的直流电阻应尽可能小，以减小功率损耗；2. 电感的铁芯材料应具有较高的饱和磁感应强度和较低的磁滞损耗；3. 电感的铁芯材料应具有较低的温升和较高的工作温度范围。
根据以上要求，我们可以计算出电感的具体数值。
计算方法如下：1. 首先，根据开关电源的输出功率和工作频率，确定电感的工作电流。
工作电流一般为输出功率除以输出电压；2. 然后，根据电感的工作电流和额定电流的比值，确定电感的安全系数。
安全系数一般为1.2到1.5之间；3. 接下来，根据电感的安全系数和工作电流，计算出电感的额定电流；4. 根据电感的额定电流和工作频率，确定电感的工作电感值。
工作电感值一般为额定电流除以工作频率。
我们还需要注意一些其他因素来选择合适的电感。
例如，开关电源的尺寸和重量限制，以及成本因素等。
开关电源电感的选型计算方法包括确定额定电流、工作频率范围，根据输出功率确定电感大小，并考虑电感的直流电阻、铁芯材料特性和安全系数等。
选择合适的电感对于确保开关电源的性能和稳定性至关重要。
开关电源的电感选择和布局布线
开关电源的电感选择和布局布线开关电源（SMPS，Switched-Mode Power Supply）是一种非常高效的电源变换器，其理论值更是接近100%，种类繁多。
按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等；按开关控制方式分，有PWM、PFM；按开关管类别分，有BJT、FET、IGBT等。
本次讨论以数据卡电源管理常用的PWM控制Buck、Boost型为主。
开关电源的主要部件包括：输入源、开关管、储能电感、控制电路、二极管、负载和输出电容。
目前绝大部分半导体厂商会将开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar 工艺的电源管理IC中，极大简化了外部电路。
其中储能电感作为开关电源的一个关键器件，对电源性能的好坏有重要作用，同时也是产品设计工程师重点关注和调试的对象。
随着像手机、PMP、数据卡为代表的消费类电子设备的尺寸正朝着轻、薄、小巧、时尚的趋势发展，而这正与产品性能越强所要的更大容量、更大尺寸的电感和电容矛盾。
因此，如何在保证产品性能的前提下，减小开关电源电感的尺寸（所占据的PCB面积和高度）是本文要讨论的一个重要命题，设计者将不得不在电路性能和电感参数间进行折中（Tradeoff）。
任何事物都具有两面性，开关电源也不例外。
坏的PCB布局布线设计不但会降低开关电源的性能，更会强化EMC、EMI、地弹（grounding）等。
在对开关电源进行布局布线时应注意的问题和遵循的原则也是本文要讨论的另一重要命题。
一开关电源占空比D、电感值L、效率η公式推导Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑结构，本文将使用如图1-1、1-2所示的电路参考模型[1]：图1-1 Buck电路参考模型参考电路模型默认电感的DCR（Direct Constant Resistance）为零。
图1-2Boost 电路参考模型Buck/Boost 型开关电源，伴随开关管的开和关，储能电感的电流波形如图1-3所示：图1-3电感电流波形从图中可以看到，电感的电流波形等价于在直流I DC 上叠加一个I P-P 值为ΔI 的交流。
如何在开关电源设计中选择最合适的高功率电感的磁芯
Ｎｏ ｉ ｍ ｎａｌ
产生 高频磁场 ， 成磁芯 损耗并导致 造
磁 芯 变热 。这种 情 况在 铁 硅铝 （ｏ ｌ Ｋｏ
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Ⅲ 砷０３ １ 如 缸
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Ｍｐ 中会 减少 ，因此 电感更 有效 率， ） 温度更低。 铁 硅 铝 （ ｅ ｌ ）的 磁 芯 损 耗 Ｋ ｅ Ｍｐ
Ｏ ｌ ｎ ｅ ｎ ｉ
在 线座 谈 （ ｌ ｅ Ｓ ｍｉａ ） 中 电 网 于２ ０ 年 推 出 的创 新 服 务 ，通 过 “ Ｏｎｉ ｅ ｎ ｒ 是 ｎ ００ 视
中网Ｅ 虫ａ Ｗ＿ ｃ ｜Ｇ ｃ９ 、 ． Ｎ ． ｍ ｅ ｔ
频演 示＋专 家解说 ＋在线 问答”三位 一体 相结合的形式 ，充分发挥网络平 台的便
■ Ｍａ ｎ ｔ ｓ ｇ ｅｉ 美国磁性材料公司 ｃ
究 竟 是磁 粉 芯 好 ，还 是 铁 粉 芯 必 须在 下降 曲线的安全 区进行 设计。 好？相信是 许多工程师 在进 行开关 电 铁硅 铝 （ ｏ ｌ ） Ｋ ｏ Ｍｐ 被设 计在受 控制 的
体 不同 ， 随着温度改变 ， 变化不会很大。
而 当储 能是 一样 的 时候 ，Ｌ２值 Ｉ
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２ ℃到 １ ０ ５ ℃不同环境下材质的差异。 ０
样 ，铁硅 铝 （ｏ ｌ ） 积缩 小 了 Ｋ ｏ Ｍｐ 体
由于铁硅铝 的材质及 结构和 间隙铁氧 很 多，对 于设计 者来说 ，这 有效缩 小
世 界 电子 元 器 件 ２ ０ １ ｃ．ｃｃ ｃｏｒ ０１ ．０ ｇｅ ｅ ｎ． ｎ
如何 在 开关 电源 设 计 中选 择 最合 适 的高功率 电感 的磁 芯
开关电源输出整流滤波电容器选择
开关电源输出整流滤波电容器选择前言开关电源的输出整流滤波电容器的作用主要是通过利用滤波电容器吸收开关频率及其高次谐波频率的电流分量而滤除其纹波电压分量。
也就是说是利用电容器的低阻抗而将交流电流分量的绝大部分，更希望是全部分流到滤波电容器上，使输出电流没有或非常小的交流电流分量。
无论正激式开关电源工作输出的矩形波电流，还是反激式开关电源的锯齿波电流，均含有极其丰富的高次谐波电压与电流。
这些高次谐波电流是不允许作为输出电流成分流入负载，需要采用高频阻抗低的电容器对其分流短路。
这要求滤波电容器应具有很好的阻抗频率特性，这与工频整流滤波对电容器要求大电容量的要求有所不同的（工频整流滤波很容易滤除工频的高次谐波，即使是40次也不过才2000Hz，一般电解电容器很容易实现）。
因此开关电源的输出整流滤波电容器即使选用铝电解电容器也应首选低ESR的铝电解电容器，而绝不能随意到电子市场抓到什么样的铝电解电容器（只要电压、电容量满足要求）均可。
这样作的结果将是电源的输出纹波电压过高，特别是峰-峰值电压过高。
1．输出滤波电容器对输出纹波电流的旁路作用输出整流滤波电容器的任务主要是旁路开关电源输出的高频交流纹波电流分量，相当于电源的交流等效电路中旁路电容器与负载分享纹波电流，如图1。
图1 旁路电容器与负载分享纹波电流的交流等效电路图中，电流源等效为开关电源的逆变器部分产生的交流纹波电流。
在高频段，输出整流滤波电容器的容抗已经小于电容器的ESR，电容器的容抗可以忽略，这时的纹波电流只剩下旁路电容器的ESR与负载分担。
很显然，如果旁路电容器的ESR比较大就会变成负载与旁路电容器的ESR分享纹波电流，这样，旁路电容器的分流效果将大打折扣，影响旁路效果。
所以除了对电容量的要求外，还希望旁路电容器的ESR越小越好。
2．不同电路拓扑要求不同输出滤波特性（1）正激式开关电源要求的输出滤波特性输出滤波电解电容器的性能直接影响开关电源的性能，那么开关电源的电路拓扑和电路设计的合理性是否反过来也影响输出滤波电容器的工作和寿命？结论是肯定的。
一文读懂开关电源中的共模电感
一文读懂开关电源中的共模电感1、电感器作为磁性元件的重要组成部分，被广泛应用于电力电子线路中。
尤其在电源电路中更是不可或缺的部分。
如工业控制设备中的电磁继电器，电力系统之电功计量表（电度表）。
开关电源设备输入和输出端的滤波器，电视接收与发射端之调谐器等等均离不开电感器。
电感器在电子线路中主要的作用有：储能、滤波、扼流、谐振等。
在电源电路中，由于电路处理的均是大电流或高电压的能量传递，故电感器多为“功率型”电感。
正是因为功率电感不同于小信号处理电感，在设计时因开关电源的拓扑方式不一样，设计方式也就各有要求，造成设计的困难。
当前电源电路中的电感器主要用于滤波、储能、能量传递以及功率因数校正等。
电感器设计涵盖了电磁理论，磁性材料以及安规等诸多方面的知识，设计者需对工作情况和相关参数要求（如：电流、电压、频率、温升、材料特性等）有清楚了解以作出最合理的设计。
2、电感器的分类：电感器以其应用环境、产品结构、形状、用途等可分为不同种类，通常电感器设计是以用途及应用环境作为出发点而开始的。
在开关电源中以其用途不同，电感器可分为：共模滤波电感器（Common Mode Choke）常模滤波电感器（Normal Mode Choke）功率因数校正电感（Power Factor Correction - PFC Choke）交链耦合电感器（Coupler Choke）储能平波电感（Smooth Choke）磁放大器线圈（MAG AMP Coil）共模滤波电感器因要求两线圈具有相同的电感值，相同的阻抗等，故该类电感均采用对称性设计，其形状多为TOROID、UU、ET等形状。
3、共模电感的工作原理：共模滤波电感器又称共模扼流线圈（以下简称共模电感或CM.M.Choke）或Line Filter。
在开关电源中，由于整流二极管和滤波电容以及电感中的电流或电压急剧变化，产生电磁。
开关电源电感的基本要点的选取
开关电源电感的基本要点的选取
开关电源电感器是开关电源设备的重要元器件，它是利用电磁感应的原理进行工作的。
它的作用是阻交流通直流，阻高频通低频(滤波)，也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力，很难通过，而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小，即低频信号可以较容易的通过它。
电感线圈对直流电的电阻几乎为零。
在达到预定的电压或电流限值时，开关电源控制集成电路将开关断开，从而使电感周围的磁场衰减，并使偏置二极管D1 正向导通，从而继续向输出电路供给电流，直至开关再度接通。
这一循环反复进行，而开关的次数由控制集成电路来确定，并将输出电压调控在要求的电压值上。
电感值对于在开关电源开关断开期间保持流向负载的电流很关键。
所以必须算出保持降压变换器输出电流所必需的最小电感值，以确保在输出电压和输入电流处于最差条件下，仍能够为负载供应足够的电流。
为确定最小的电感值，需要知道如下信息：》输入电压范围
》输出电压及其规定范围
》工作频率(开关频率)
》电感器纹波电流
》运行模式：连续运行模式还是非连续运行模式
下列公式用于计算降压变换器所需的电感值。
L1=Vo(1-Vo/(Vin-Von))/(f*dI)
连续运行模式下：dI 为了算出适用于开关电源整个运行条件的最小电感值，对参数值的选择必须能够保证在各项参数处于最不利组合的条件下，所选择的这一电感值仍能将纹波电流保持在特定的数值范围内。
而针对降压型。
如何为开关电源选择合适的电感完整版
如何为开关电源选择合适的电感完整版This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020如何为开关电源选择合适的电感中心议题：电感的特点降压型开关电源的电感选择升压型开关电源的电感选择解决方案：计算降压型开关电源的电感值计算升压型开关电源的电感值电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流、电压相位不同，所以理论上损耗为零。
电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。
电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。
换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰。
电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。
有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。
大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。
但是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。
杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。
如果将杂散电容“集中”为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。
当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时，不妨考虑下面几个特点：1.当电感L中有电流I流过时，电感储存的能量为：E＝0.5×L×I2(1)2.在一个开关周期中，电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为：V＝(L×di)/dt(2)由此可看出，纹波电流的大小跟电感值有关。
3.就像电容有充、放电电流一样，电感器也有充、放电电压过程。
电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比，电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。
基于TL3842的开关电源设计
基于TL3842的开关电源设计开关电源是一种能够将输入电能转化为高频脉冲能，然后通过控制脉冲的开关，将开关管直流化，再经过变压平滑滤波、反馈调节等技术，输出所需电压和电流的电源设备。
TL3842是一款专用于开关电源控制的集成电路，具有自适应电源管理和功率系数校正功能，适用于高效、稳定的开关电源设计。
开关电源设计的关键是保证输出稳定性和功率效率。
下面将通过具体的设计步骤，详细介绍基于TL3842的开关电源设计过程。
1.确定输出电压和输出电流需求。
根据实际应用需求，确定所需要的输出电压和输出电流。
这是开关电源设计的起点，也是后续设计中影响整体电路结构和参数的重要因素。
2.选择开关管和输出电感元件。
开关管是开关电源的核心部件，关系到整个电路的工作频率、开关损耗以及效率等因素。
根据输出电压和输出电流需求，选择符合要求的开关管，并计算开关管的额定电流和功率。
同样，输出电感元件的选择也应考虑输出电压和输出电流需求。
需要保证元件的电流饱和位宽度大于所需的最大输出电流波动。
3.确定电路拓扑结构。
常见的开关电源拓扑结构有Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback和Forward等。
根据输出电压和输出电流需求，选择适合的电路拓扑结构。
以此为基础，进一步确定电路的工作方式。
4.设计反馈控制电路。
根据所需的输出稳定性，选择合适的反馈控制电路。
常用的有电压模式控制和电流模式控制。
结合TL3842的特性，设计相应的反馈网络和反馈回路，保证输出电压稳定。
5.设计电源滤波电路。
开关电源输出脉冲噪声较大，需要通过设计合适的滤波电路，将脉冲转化为平滑的直流输出。
选择合适的滤波电容和滤波电感，以及输入和输出端的抗干扰电容等元件，提高整体滤波效果。
6.设计过载保护电路。
为了保证开关电源的安全运行，需要设计过载保护电路。
根据输出电流需求，选择合适的过载保护元件，并设计合适的保护电路，实现对过载情况的及时响应和保护。
7.仿真和调试。
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如何为开关电源选择合适的电感
电感，一直以来都有些许神秘：它可以产生磁场，把磁场和电场联系起来；电感的电流I不能突变，但电流变化率dI/dt可以突变；电感的储能与其流过的电流有关。
铁氧体和铁粉是用于开关电源电感的两种磁芯材料。
应用于电源的储能电感通常制成闭环，使得整个磁场包含在电感的内部，因此磁通大小与磁芯的存储能量将表征磁芯材料的特性。
以Buck电路的输出电感为例。
该电感的磁芯具有一定的直流分量，适用的材质有：（1）铁粉芯
碾磨的铁粉与其他的合金组成的精细颗粒与绝缘材料涂层构成磁粉芯。
铁粉颗粒周围的绝缘颗粒构成了铁粉芯的内在分散气隙。
（2）带气隙的铁氧体磁芯
Buck电路的电感具有一定的直流分量。
若不开气隙，铁氧体磁芯极其容易饱和。
开气隙后，闭合磁路的磁通将快速增大。
由于空气的相对磁导率为1，且磁芯材料的相对磁导率为几千以上，所以，磁芯中的大部分能量将存储在气隙磁通中。
气隙降低了磁芯的有效磁导率，整个B-H曲线会倾斜，增大了饱和时的磁场强度H，磁芯不太容易饱和。
图 1为不开气隙和开气隙的B-H曲线。
图 1 电感B-H曲线
通常我们会发现，大多数采用铁氧体的电感设计，其磁芯损耗仅为电感总损耗（线圈加上磁芯损耗）的5%~10%。
但是若电感采用铁粉芯，则该值会增加到20%~30%。
一、电感：磁芯的饱和
当流过电感的电流（或磁场强度）大于一定值时，电感的磁芯可能饱和。
当其饱和时，其感量会减小，并接近于0。
某反激电路的限流电阻上的电压波形如图 2所示（反激变换器中变压器的初、次级可以看成一对耦合电感）。
从图中可以看出流经初级电感的电流波形。
当电流增大时，电感逐渐饱和，电感量减小，从而导致梯形电流的波形的斜率增大。
图 2 电感饱和波形对比
二、电感：磁通的泄漏
电感的重要特性就是磁通泄漏。
非屏蔽电感（如空心电感、棒状电感、工字电感、环形气隙电感等）都会产生磁通泄漏。
这些是EMI 的潜在来源。
特别地，储能电感中的气隙的磁场可能会干扰系统的其他器件。
如果使用开气隙磁芯，为了使得磁场泄漏最小，使用小气隙的大磁芯比使用大气隙的小磁芯要好。
当两个电感L1和L2彼此靠近时，磁通泄漏将会在两者之间产生互感。
第一个电感电路产生的磁场会对第二个电路产生激励。
这一过程与反激变压器初级、次级线圈之间的相互影响类似。
当两个电流通过磁场相互作用时，所产生的电压由互感L M 决定：
dt dI L V 1M 2
式中，V 2是向电路2注入的误差电压，I 1是在电路1中流过L1的电流。
L M 对电路间距、电感环路面积以及环路方向非常敏感。
所以，电感的排列的原则有：
（1）正确排列电感的方向，使其成直角，使电感间的串扰降到最小；
（2）电感间距应尽可能远。
周立功致远电子研发生产的ZY78xx 系列模块电源在设计时，充分考虑的电感的选择和布局，在空间体积与性能参数上做了最优化的平衡。
此系列完全替换LM78xx 系列芯片，具有高效率，小体积等优点。
图 3 ZY78xxS-500系列。