大家好，我是硬件微講堂。這是在電子星球的第9篇原創(chuàng)文章。
前幾天有小伙伴問(wèn)關(guān)于電感的問(wèn)題，但問(wèn)的太泛，不好做具體回答。其實(shí)電感涉及的面挺多，電源上儲(chǔ)能要用，EMC共模濾波要用，RF射頻匹配要用……今天就主要針對(duì)DC-DC上電感的應(yīng)用展開(kāi)。
I、一個(gè)面試題
老規(guī)矩，先拋出來(lái)一道面試題。這道題，無(wú)論是別人面試我，還是我去面試別人，都問(wèn)到過(guò)?？梢哉f(shuō)，硬件崗位面試中標(biāo)率極高！那就是“DC-DC設(shè)計(jì)中電感如何選型？”
不曉得當(dāng)你聽(tīng)到這個(gè)題，腦海中第一時(shí)間彈出的答案是怎樣的。請(qǐng)注意，不論彈出來(lái)的是什么，請(qǐng)不要急于回答。梳理好里面的邏輯，逐條遞進(jìn)展開(kāi)。下面看看之前遇到的幾種答案怎么樣。
II、答案1
根據(jù)DC-DC所需要的電流選擇電感，要保證電感的額定電流大于DC-DC所需要的電流。同時(shí)選擇Rdc盡量小的電感，這樣損耗更小。
二火點(diǎn)評(píng)
該答案講出了DC-DC電流與電感電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也提到了Rdc的影響因素。但是針對(duì)電感選型問(wèn)題，并沒(méi)有提及核心邏輯，且相關(guān)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)深度不夠。該答案只能給40分。
III、答案2
DC-DC電源上電感要過(guò)電流，通常選用功率電感。功率電感相比普通的濾波電感，通流能力要強(qiáng)。功率電感有飽和電流Isat和溫升電流Itemp。飽和電流是感值下降30%的電流，而溫升電流是溫度上升40度時(shí)的電流。一般是要求飽和電流和溫升電流兩者中的最小者的80%大于DC-DC電源所需要的電流?，F(xiàn)在功率電感常用繞線電感，相比敞開(kāi)式繞線電感和樹(shù)脂屏蔽，磁罩屏蔽和一體成型工藝，讓功率電感具有較好屏蔽性。另外電感的Rdc也是一個(gè)重要參數(shù)，Rdc越小，說(shuō)明損耗越小，發(fā)熱越小。
二火點(diǎn)評(píng)
該答案首先明確要用功率電感這個(gè)大類(lèi)，接著闡述了功率電感與普通電感的區(qū)別，飽和電流和溫升電流的定義，以及DC-DC電流與兩者之間的數(shù)值關(guān)系。另外提到繞線電感的3種屏蔽工藝，最后是與Rdc的關(guān)系。這說(shuō)明答題者對(duì)DC-DC的電感的選型思路相對(duì)清晰，可以給60分。
補(bǔ)充說(shuō)明：
1）飽和電流Isat、溫升電流Itemp、Rdc是電感非常重要的參數(shù)。下圖截取至TDK的VLS-CX-1系列Datasheet。
2）下圖將功率電感從制作工藝、磁性材料、屏蔽類(lèi)型3個(gè)維度進(jìn)行分類(lèi)，分別介紹其優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景。圖片截取至TDK官網(wǎng)，點(diǎn)擊圖片可看大圖。
IV、答案3
DC-DC的電感選型，首先涉及到電感感值的計(jì)算，需要明確DC-DC的Vin、Vout、開(kāi)關(guān)頻率fsw、電流紋波率r、輸出電流Io等相關(guān)參數(shù)。通過(guò)相關(guān)計(jì)算，可以算出所需要的電感值L0。考慮到感值有20%的誤差和5%的設(shè)計(jì)裕量，基本上要再放大1.25倍。通過(guò)這個(gè)可以找到對(duì)應(yīng)的電感標(biāo)稱(chēng)值L1。
其次，DC-DC上的電感要過(guò)電流，通常選用功率電感。功率電感相比普通的濾波電感，通流能力要強(qiáng)。功率電感有飽和電流Isat和溫升電流Itemp。通過(guò)輸出電流Io和電流紋波率r，可以計(jì)算出峰值電流Ipeak。在選型時(shí)，我們要保證峰值電流Ipeak不能超過(guò)電感的飽和電流Isat，輸出電流Io不能超過(guò)溫升電流Itemp。通常為了保證設(shè)計(jì)的可靠性，要留20%的裕量，即飽和電流和溫升電流兩者中的最小者的80%大于DC-DC電源所需要的電流。
第三，Rdc是電感的一個(gè)關(guān)鍵因素，Rdc越小，鐵芯損耗越小，發(fā)熱量越小。
第四是盡量選用帶磁罩屏蔽或者一體成型的繞線電感，這種屏蔽型好，有效降低電感嘯叫的可能性。如果成本有要求的話，可折中選擇樹(shù)脂屏蔽電感。
二火點(diǎn)評(píng)
該答案分別從感值計(jì)算、電流計(jì)算、Rdc取值、屏蔽等4個(gè)維度解答電感的選型。其中感值計(jì)算部分，能明顯感覺(jué)到答題者對(duì)整個(gè)計(jì)算過(guò)程清晰明了，同時(shí)也考慮了誤差和設(shè)計(jì)裕量。在屏蔽工藝方面，也體現(xiàn)了答題紙知曉3種屏蔽工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。整個(gè)答案邏輯清晰，要點(diǎn)覆蓋全面，給85分。
補(bǔ)充說(shuō)明：
1）DC-DC電感的計(jì)算公式推導(dǎo)過(guò)程：
2）峰值電流Ipeak的計(jì)算：
V、答案4
如答案3所述，…… ，在此基礎(chǔ)上增加兩條。
第五，自諧振頻率，所選電感的自諧振頻率要是DC-DC電源芯片開(kāi)關(guān)頻率fsw的10倍以上。這樣電感可以獲得更好的阻抗頻率特性。
第六，如果是DC-DC的電流要求不大，或者產(chǎn)品有小型化要求，可以考慮用疊層電感和薄膜電感。相比繞線電感，疊層和薄膜工藝的電感體積更小，可靠性更高，更適合于大規(guī)模量產(chǎn)，同時(shí)損耗也更小。
二火點(diǎn)評(píng)
該答案分別從感值計(jì)算、電流計(jì)算、Rdc取值、屏蔽、自諧振頻率、制作工藝等6個(gè)維度解答電感的選型。除了對(duì)答案3的點(diǎn)評(píng)外，答題者對(duì)電感的(繞線/疊層/薄膜)制作工藝也有比較清晰的理解，同時(shí)也考慮到了自諧振頻率這個(gè)比較容易被忽略的點(diǎn)。說(shuō)明答題者對(duì)DC-DC電感選型這部分比較了解，該答案打95分。
以上所述，部分內(nèi)容涉及個(gè)人理解，如有覺(jué)得不妥，歡迎留言討論。
怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，給出的回答可淺可深，就看你對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解達(dá)到怎樣的程度。你學(xué)廢了么？
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