DC-DC电路中电感设计详解：电流效应与选择策略

在DC-DC电路设计中，电感起着至关重要的角色。它不仅在LC滤波电路中作为储能元件，帮助平滑输出电压，还参与开关模式电源的工作过程，特别是降压转换器的控制。电感的选择涉及到多个关键参数，包括电感值、电流承受能力、绕线电阻以及机械尺寸，这些都需要工程师精心计算和选择。 电感的基本功能是依据其电压与电流的关系，即伏安（V=Li/dt），其中L是电感量，i是电流，dt是时间变化。在开关电源中，电感的电流随开关周期的两个阶段（状态1和状态2）而变化。在状态1，电感接通输入电压，形成正向压降，导致电流上升；而在状态2，电感与地相连，形成负向压降，电流下降。最大电流由直流分量（DC电流）加上开关频率下的峰值电流（即开关峰峰电流的一半，称为纹波电流）组成。 设计时，工程师需考虑电感的峰值电流，可以通过公式I_max = (DC * ton) / T 来估算，其中ton是状态1的时间，T是开关周期。但要注意的是，这个估算假设元器件的压降相对于输入和输出电压较小，可以忽略。如果实际压降不可忽视，同步和异步转换电路中，还需要考虑感应电阻阻抗（Rs）、电感绕线电阻、MOSFET的导通电阻以及肖特基二极管的正向压降（Vf），可能需要用到更精确的公式： 同步转换电路中：I_max_sync = (DC * ton) / T - (Vf + Rs + Rm) / Rs 异步转换电路中：I_max_async = (DC * ton) / T - Vf / Rs 电感磁芯的饱和度也是一个重要因素，它限制了电感在高频工作时的有效磁通量，可能需要选择具有足够磁链密度和非饱和特性的磁芯材料。 DC-DC电路中电感的设计是一项细致的工作，它涉及到了电源转换效率、电磁兼容性和热管理等多个方面。理解电感的动态行为和准确评估其参数对确保电路性能和稳定性至关重要。