电源学习笔记:电感的应用

一、电感的基本概念

1. 什么是电感？

电感是导体的一种属性，表示当电流变化时，导体中产生感应电动势的能力。符号：L 单位：亨利（H），常用毫亨（mH）或微亨（μH）。

电感分为两类：

• • 自感：电流变化在本线圈中产生感应电动势。
• • 互感：一个线圈的电流变化在另一个线圈中产生感应电动势。

提供电感的器件称为电感器。

2. 自感现象与自感电动势

当线圈中的电流变化时，线圈自身会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍电流的变化，这种现象叫自感，产生的电动势叫自感电动势。

自感系数 L 仅由线圈的匝数、形状、尺寸及磁芯材料决定，与电流大小无关。

3. 电感的能量存储

电感中储存的能量为：

电感是储能元件，在开关电源中用于维持电流连续，实现能量的转移。

二、电感在开关电源中的应用

1. 电感的作用与波形

在开关电源电路中，电感主要承担：

• • 储存能量
• • 平滑电流
• • 与电容组成 LC 滤波电路，降低输出电压纹波

电感电流由直流分量和交流纹波分量组成。纹波电流  与电感两端电压、导通时间、电感值的关系为：

导通时间 ，其中  为占空比， 为开关频率。

2. 电感值计算（Buck 与 Boost）

降压型（Buck）电路

• • 占空比：
• • 开关管导通时电感两端电压：
• • 电感值公式：

示例：输入 13.2V，输出 5V，，，，纹波电流 

升压型（Boost）电路

• • 占空比：
• • 开关管导通时电感两端电压：
• • 电感值公式与 Buck 相同。

示例：输入 5.5V，输出 12V，，，

三、电感值选取的影响因素

实际设计需在纹波、效率、动态响应、体积之间权衡。

四、电感的饱和特性（⚠️ 重点）

1. 什么是饱和？

当电感电流增大到一定程度，磁芯磁通量不再随电流线性增加，电感量急剧下降。此时的电流称为饱和电流（）。

电感进入饱和后，储能能力下降，可能导致电流失控、开关管损坏。

2. 设计注意事项

• • 电感的峰值电流 必须小于 。
• • 一般要求：在最大负载下，电感量衰减不超过 20%~30%。
• • 电感规格书会标注  和温升电流（），两者均需满足应用需求。
• 

小提示：很多电源失效就是因为电感饱和，选型时一定要留足余量。

五、其他

1. 电感类型

• • 功率电感：用于电源转换，如 Buck、Boost 电路。
• • 共模电感：用于 EMI 滤波，抑制共模干扰。
• • 差模电感：用于滤波，抑制差模干扰。

2. 高频化趋势

提高开关频率可以减小电感值，从而缩小体积，适应电子产品小型化需求。但高频也会带来开关损耗增加、EMI 问题加剧等挑战。

3. 电感的损耗

• • 铜损：由绕组电阻（DCR）引起，流过电流时产生热损耗。
• • 铁损：由磁芯材料在高频下产生，包括磁滞损耗和涡流损耗。高频应用中应选用铁氧体等高频特性好的磁芯。

六、相关英文词汇

• 饱和电流 —— saturation current
• 纹波 —— ripple
• 动态响应 —— dynamic response
• 电感量 —— inductance
• 共模电感 —— common-mode inductor
• 差模电感 —— differential-mode inductor