功率電感權衡，如何有效提高DCDC轉換器性能

電子發燒友網報道（文/李寧遠）任何電感器在通電后，都會有一定的功率，如果電感器的電流遠小于導體的允許電流，一般不稱其為功率電感器。所謂功率電感一般是指電流較大的電感。

功率電感一直是左右DCDC轉換器性能的核心元件，電子設備向更高性能演進的同時，DCDC鏈路相應地對電池電壓調整水平也需要有所提升。此時就需要功率電感為DCDC轉換器提供關鍵的調節能力。

DCDC轉換器中的功率電感應用

電子設備升級的過程中，功率電感器是決定設備內DCDC轉換器性能的關鍵元件，幫助DCDC通過積累和釋放能量來維持連續電流，可以為不同電壓等級的電源系統提供大電流和大電感。接通直流電時，電流能自由通過功率電感器，而接通交流電AC時，電感器將發揮電阻的作用。

當搭配執行高速開關的IC使用時，功率電感器亦可促使DCDC轉換器將電壓轉換到所需水平。開關器件導通時，功率電感器會存儲能量，開關器件斷開時則會釋放能量并流過電流，通過改變PWM占空比，可以將電壓降低至目標水平。

由于是PWM調制的結果，所以DCDC類電源具有一定的波紋，PWM的頻率和電感的取值都會對紋波造成影響。不論是BOOST升壓電路和BUCK降壓電路，這顆功率電感都是必不可少的。

這類功率電感的應用領域很廣，從移動數碼設備到通信設備，從工控設備到汽車電子設備，都需要功率電感來改善DCDC鏈路性能。目前和DCDC轉換器相關的，最熱門的應用無疑是儲能和汽車兩類。這兩個應用都需要DC-DC轉換器在更寬的溫度范圍里提供更穩定的功率，這就需要功率電感在不犧牲DCR和磁芯損耗性能的情況下，有更低的漏磁和更平滑的飽和特性。

具體來看，想要提高DCDC轉換器效率，需要功率電感損耗更低；想要將減小DCDC轉換器尺寸，需要功率電感采用新的積層技術、薄膜技術；想要提高電流能力，需要強化功率電感磁芯；想要提高輸出穩定性，需要提高直流特性、溫度特性；想要提高過渡響應特性，需要優化功率電感電感值和紋波電流；想要降低轉換器噪音，需要降低功率電感漏磁。

DCDC轉換器與功率電感性能權衡

上面將DCDC轉換器性能的變化與相應功率電感需要做出的改變做了對應，但實際上設計功率電感往往比較困難。這些參數之間，存在著互相制約的復雜關系，其各種特性會隨電流大小或溫度等而發生變化。

基于這種復雜的相互制約關系，功率電感的選擇需要從DC-DC轉換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發。

如磁芯的選擇，DCDC轉換器性能提升后鐵氧體磁芯電感器難以滿足所有要求，但是它的高頻特性很突出，金屬磁性材料磁芯的飽和磁通密度優異，更適合大電流化。材料的選擇對被動元件來說一直都起著決定性作用。

在DCDC轉換器中，功率電感器的損耗絕大部分來自直流電阻引起的直流損耗。除了材料本身的阻值特性，直流電阻值也會隨繞組的粗細及匝數的變化發生變化，并且發熱的程度也會影響到最終的損耗，所以使用磁芯損失較少的磁芯材料也很重要。

上面提到，DCDC類電源具有一定的波紋，PWM的頻率和電感的取值都會對紋波造成影響。電感大小與波紋電流大小之間也存在著制約關系。電感較小，紋波電流會增大，電感較大，又會對增加尺寸和成本，并影響過渡響應特性。一般設置電感值來使波紋電流變為額定電流的20%-30%。

小結

除了這些性能上的權衡，在工藝方面，越來越多的功率電感采用一體成型技術。國內市場已有近7成功率電感采用或即將采用一體成型技術進一步提高性能。高性能的DCDC轉換器需要在高性能功率電感的選擇上權衡各方面參數的影響，然后做出綜合效率、尺寸以及成本的選擇。