電感，一直以來(lái)都有些許神秘：它可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，把磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)；電感的電流I不能突變，但電流變化率dI/dt可以突變；電感的儲能與其流過(guò)的電流有關(guān)。
鐵氧體和鐵粉是用于開(kāi)關(guān)電源電感的兩種磁芯材料。應用于電源的儲能電感通常制成閉環(huán)，使得整個(gè)磁場(chǎng)包含在電感的內部，因此磁通大小與磁芯的存儲能量將表征磁芯材料的特性。
以Buck電路的輸出電感為例。該電感的磁芯具有一定的直流分量，適用的材質(zhì)有：
（1） 鐵粉芯
碾磨的鐵粉與其他的合金組成的精細顆粒與絕緣材料涂層構成磁粉芯。鐵粉顆粒周?chē)慕^緣顆粒構成了鐵粉芯的內在分散氣隙。
（2） 帶氣隙的鐵氧體磁芯
Buck電路的電感具有一定的直流分量。若不開(kāi)氣隙，鐵氧體磁芯極其容易飽和。開(kāi)氣隙后，閉合磁路的磁通將快速增大。由于空氣的相對磁導率為1，且磁芯材料的相對磁導率為幾千以上，所以，磁芯中的大部分能量將存儲在氣隙磁通中。
氣隙降低了磁芯的有效磁導率，整個(gè)B-H曲線(xiàn)會(huì )傾斜，增大了飽和時(shí)的磁場(chǎng)強度H，磁芯不太容易飽和。圖 1為不開(kāi)氣隙和開(kāi)氣隙的B-H曲線(xiàn)。
圖 1 電感B-H曲線(xiàn)
通常我們會(huì )發(fā)現，大多數采用鐵氧體的電感設計，其磁芯損耗僅為電感總損耗（線(xiàn)圈加上磁芯損耗）的5%~10%。但是若電感采用鐵粉芯，則該值會(huì )增加到20%~30%。
一、電感：磁芯的飽和
當流過(guò)電感的電流（或磁場(chǎng)強度）大于一定值時(shí)，電感的磁芯可能飽和。當其飽和時(shí)，其感量會(huì )減小，并接近于0。
某反激電路的限流電阻上的電壓波形如圖 2所示（反激變換器中變壓器的初、次級可以看成一對耦合電感）。從圖中可以看出流經(jīng)初級電感的電流波形。當電流增大時(shí)，電感逐漸飽和，電感量減小，從而導致梯形電流的波形的斜率增大。
圖 2 電感飽和波形對比
二、電感：磁通的泄漏
電感的重要特性就是磁通泄漏。非屏蔽電感（如空心電感、棒狀電感、工字電感、環(huán)形氣隙電感等）都會(huì )產(chǎn)生磁通泄漏。這些是EMI的潛在來(lái)源。
特別地，儲能電感中的氣隙的磁場(chǎng)可能會(huì )干擾系統的其他器件。如果使用開(kāi)氣隙磁芯，為了使得磁場(chǎng)泄漏最小，使用小氣隙的大磁芯比使用大氣隙的小磁芯要好。
當兩個(gè)電感L1和L2彼此靠近時(shí)，磁通泄漏將會(huì )在兩者之間產(chǎn)生互感。第一個(gè)電感電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì )對第二個(gè)電路產(chǎn)生激勵。這一過(guò)程與反激變壓器初級、次級線(xiàn)圈之間的相互影響類(lèi)似。當兩個(gè)電流通過(guò)磁場(chǎng)相互作用時(shí)，所產(chǎn)生的電壓由互感LM決定：
式中，V2是向電路2注入的誤差電壓，I1是在電路1中流過(guò)L1的電流。LM對電路間距、電感環(huán)路面積以及環(huán)路方向非常敏感。
所以，電感的排列的原則有：
（1）正確排列電感的方向，使其成直角，使電感間的串擾降到最��；
（2）電感間距應盡可能遠。 |
