开关电源怎么选择电感（开关电源怎么选择电感型号）

摘要： 开关电源（Switching Power Supply, SMPS）是一种通过高频开关方式将电能从输入转换为输出的电源装置，广泛应用于各种电子设备中，电感作为开关电源中的关键元件之...

开关电源（Switching Power Supply, SMPS）是一种通过高频开关方式将电能从输入转换为输出的电源装置，广泛应用于各种电子设备中，电感作为开关电源中的关键元件之一，其选择直接影响到电源的性能和稳定性，本文将从多个角度详细探讨如何为开关电源选择合适的电感。

一、电感的基本特性

电感是一种储能元件，能够储存磁能，并在电流变化时释放或吸收能量，在开关电源中，电感主要起到滤波、储能和传递能量的作用，电感的主要参数包括电感值（L）、直流电阻（DCR）、饱和电流（ISAT）、自谐频率（SRF）和均方根电流（IRMS）等。

1、电感值：电感值是电感器最重要的参数之一，它决定了电感器在电路中的行为，电感值越大，电感器对电流变化的阻碍作用越强，但同时也会增加电感器的体积和成本。

2、直流电阻（DCR）：DCR是电感器线圈的电阻，它会消耗一部分功率，影响电源的效率，在选择电感时，应尽量选择DCR较小的电感器。

3、饱和电流（ISAT）：饱和电流是指电感器在达到磁饱和状态时所能承受的最大电流，超过这个电流，电感器的感值会显著下降，甚至可能损坏电感器。

4、自谐频率（SRF）：自谐频率是指电感器在特定条件下发生共振的频率，为了避免在工作频率下产生共振，电感器的自谐频率应远高于开关电源的工作频率。

5、均方根电流（IRMS）：均方根电流是衡量电感器在一段时间内所能承受的平均电流大小的指标，它与电感器的温升和寿命密切相关。

二、降压型开关电源的电感选择

降压型开关电源（Buck Converter）是一种常见的DCDC转换器，其工作原理是通过调节开关管的占空比来控制输出电压，在选择降压型开关电源的电感时，需要考虑以下因素：

1、输入输出电压：根据输入输出电压确定占空比D，进而计算电感值，占空比D越小，所需的电感值越大。

2、开关频率：开关频率越高，所需的电感值越小，但过高的开关频率会增加开关损耗和电磁干扰（EMI），因此需要在效率和EMI之间找到平衡点。

3、纹波电流：纹波电流的大小直接影响输出电压的稳定性和电源的效率，纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%，对应的电感值可以通过公式计算得出。

4、电感的物理尺寸：在满足性能要求的前提下，应尽量选择体积小、重量轻的电感器以节省空间和成本。

三、升压型开关电源的电感选择

升压型开关电源（Boost Converter）也是一种常见的DCDC转换器，其工作原理与降压型开关电源相反，通过调节开关管的占空比来提高输出电压，在选择升压型开关电源的电感时，除了上述因素外还需要考虑以下几点：

1、负载电流：升压型开关电源的负载电流并不是一直由电感电流提供，当开关管导通时，负载电流由输出电容提供；当开关管关断时，流经电感的电流除了提供给负载外还给输出电容充电，在选择电感时需要确保其能够在不同工作状态下提供足够的电流。

2、效率：升压型开关电源的效率受多种因素影响其中就包括电感的损耗，为了提高效率应尽量选择DCR小、损耗低的电感器。

四、电感选择的注意事项

1、考虑温度影响：电感器的饱和电流和均方根电流会随着温度的升高而降低，在选择电感时需要考虑工作环境的温度范围并留有一定的余量。

2、避免磁饱和：在某些应用中允许电感出现饱和但在大多数情况下应避免电感进入饱和状态以免影响电源的性能和稳定性。

3、考虑EMI问题：电感器会产生电磁干扰（EMI）在选择电感时应考虑其对周围电路的影响并采取相应的屏蔽措施以降低EMI。

五、实例分析

假设我们需要为一个降压型开关电源选择合适的电感该电源的输入电压为12V输出电压为5V开关频率为300kHz最大输出电流为1A纹波电流设定为最大输出电流的20%。

我们可以计算出占空比D为：

\[ D = \frac{Vo}{Vi} = \frac{5}{12} = 0.417 \]

然后根据公式计算所需的最小电感值为：

\[ L_{min} = \frac{V_{in} V_{out}}{f_{sw} \cdot I_{ripple}} = \frac{12 5}{300 \times 10^3 \times 0.2} = 9.17 \mu H \]

考虑到电感的精度和裕量我们可以选择标称值为10μH的电感器，同时为了满足自谐频率的要求我们应选择自谐频率远高于300kHz的电感器例如可以选择自谐频率为10MHz的电感器，最后我们还需要考虑电感器的DCR和饱和电流等参数以确保其能够满足电源的性能要求。

六、常见问题解答

问：如何确定开关电源中的电感值？

答：确定开关电源中的电感值需要考虑输入输出电压、开关频率、纹波电流等多个因素，一般来说可以根据降压型或升压型开关电源的计算公式来确定所需的最小电感值并根据实际需求留有一定的余量。

问：为什么电感在开关电源中很重要？

答：电感在开关电源中起到滤波、储能和传递能量的作用对电源的性能和稳定性具有重要影响，选择合适的电感可以减小纹波电流、提高电源效率并降低电磁干扰。

问：如何避免电感在开关电源中出现磁饱和？

答：为了避免电感在开关电源中出现磁饱和应选择饱和电流较大的电感器并留有一定的余量，同时还可以优化电路设计以减小电感器上的电流峰值。

为开关电源选择合适的电感是一个复杂但至关重要的过程，工程师需要综合考虑电路的具体需求、工作条件以及电感的各项参数，通过精确计算和合理选择，确保电源系统的稳定性和高效性，随着电子产品的不断小型化和高频化，对电感的选择提出了更高的要求，这也促使工程师们在设计过程中更加注重细节和优化。