dc-dc功率電感挑選準則?
飽和電流:
當流經電流過大時，其電感值會下降。
而電感值下降30%時，所對應的電流值大小，
稱之飽和電流，isat。
以上圖為例，乙個10uh的電感，如果5a的電流，
使其電感值下降到7uh，亦即下降了30%
我們稱這顆電感的飽和電流為5a
所以我們知道，當功率電感飽和時，電感值會下降
而在[1]得知，
電感值下降，其穩流能力跟著下降，
亦即ripple會加大，進而加強emi輻射干擾
所以從上圖右可知，一但功率電感飽和，
其ripple會加劇
故，飽和電流是越大越好，
這樣飽和的風險才會低
一般而言 飽和電流最好大於額定電流的1.3倍:
例如，若dc-dc輸出電流為3a，
那該功率電感的飽和電流 至少要為3.9a以上
種類:
再來是種類，主要分繞線式跟多層式
我們已經知道，挑選功率電感時，
其內阻dcr越小越好，
飽和電流越大越好
但，由下圖我們得知
在內阻與飽和電流，這兩個引數上
繞線式跟多層式，各有優劣
(假設兩者的尺寸跟電感值一樣)
繞線式的內阻會較低，
而多層式的飽和電流會較高
尺寸:
再來是尺寸
許多消費性產品，因為強調輕薄短小，
所以對零件的尺寸大小很要求，
包含功率電感
但由上圖可知，
同樣的電感值，尺寸越小，內阻越大
而內阻過大，其轉換效率會下降，ir drop會加劇，
也容易使pcb溫度過高
由上圖可知，當pcb溫度過高時，
其乘載電流的能力會下降，
亦即容易有飽和的風險
而如前述，
內阻過大，已經會讓轉換效率下降，pcb溫度上公升
而急遽上公升的溫度，又會使得轉換效率更加下降，
造成惡性迴圈
上圖可知，同樣溫度下，
有無加入導熱方案，其轉換效率可以差三倍 (25%跟75%)
以上，在在都顯示，高溫對功率電感的危害
而這是內阻過大造成的
因此 在一昧追求小尺寸零件時
必須一併考慮其危害
尺寸不是越小越好 因為內阻會加大
遮蔽罩:
由上圖可知 有遮蔽罩的功率電感
可以有效將emi輻射干擾 封鎖在其中
進而避免干擾天線 導致接收效能劣化
但由上圖也看出
帶有遮蔽罩的功率電感
比不帶遮蔽罩的 , 更加容易飽和
如上圖 一樣都是3a電流 一樣都是10uh的電感
不帶遮蔽罩的 頂多下降到9.6uh而已
有帶遮蔽罩的 可能會下降到7.2uh
而前述說 , 一但功率電感飽和
ripple加大, emi輻射加大, 一樣會有rf收效能劣化的風險
如上圖或許有人提出 把帶遮蔽罩的功率電感 值加大就好
好比從10uh 加大到13uh
如此一來 在同樣電流下(假設3a)
有遮蔽罩 跟 沒遮蔽罩
其電感值一樣都是10uh 亦即ripple大小一樣
不會有emi輻射干擾加劇的風險
但這不是個好做法
在[1]中提過
功率電感值 如果過大
會有內阻過大 電感性範圍縮減
轉換效率下降 瞬時反應速度變慢
pcb溫度急遽上公升等風險
如下圖:
而我們從前面的圖 可以發現
如果是半遮蔽的功率電感
其電感值下降幅度 正好處於有遮蔽罩 跟沒遮蔽罩之間
算是一種折衷的設計方案
所以 我們將挑選準則 整理如下:
1. 電感值剛剛好最好 過大過小都不好
2. 內阻越小越好 (所以尺寸也不宜過小)
3. 飽和電流越大越好
4. 若是有天線的產品 有遮蔽罩的較好 (前提是不能飽和)
參考文獻
[1] dc-dc的功率電感 是越大越好? 還是越小越好? csdn
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