电源电感器设计原理、原则与方法
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2.2 原理图的构成和设计原则
第二章
第二节：原理图的构成和设计规则
放置导线： 放置导线时，系统会根据光标的移动方向自动地生成水平或 垂直导线。放置导线时按【Shift】＋空格键，可以将导线的 转角模式由90° 依次切换为45° 、任意转角。
90°转角模式 45° 转角模式 任意转角模式 手动转折点
自动转折点
需要放置转折的导线时，在需要转折的位置单击，确定转折 点，然后再向目标引脚移动光标。
连接的T型交叉点
不连接的 交叉点
第二章
第二节：原理图的构成和设计规则
●电源端口：DXP2004系统中将电源和接地符号统称为电源端 口。电源和接地符号是原理图必不可少的组成部分，用于将 同一类的电源线和接地线连接起来。
第二章
第二节：原理图的构成和设计规则
●简单电路原理图的设计规则：
电路原理图主要有以下两个方面的要求：直观，能正确表示 电路的电气连接。 在绘制原理图时，应遵循以下规则：按照信号的流向放置元 器件；电源线布在元件上部，地线步在元件下部；相同功能 的元件尽量放在一起；接插件集中标注引脚属性。
《EDA技术》
原理图的构成和设计规则
第二章
第二节：原理图的构成和设计规则
●原理图的构成：原理图就是各种元件的电气连接图，包含 元件、导线、电气节点、端口等实体。 元件：原理图的绘制实质上是将元件从元件库中取出，然后 放置到图纸上并用导线连接成图的过程。 元件是原理图中最重要的组成部分。
第二章
第二节：原理图的构成和设计规则
第二章
第二节：原理图的构成和设计规则
放置导线： 系统进入放置导线后，光标变为十字，将光标移至某个元件 的引脚上，待出现红色“米”字标志时单击，确定导线的起点， 然后移动光标至需要建立连接的另一个元件的引脚上并单击 ，确定导线的终点，由此就放置了一条导线。
开关电源工作频率的原理分析
开关电源工作频率的原理分析开关电源是一种高效稳定的电源供应系统，在许多电子设备中得到广泛应用。
在开关电源的设计和使用过程中，工作频率是一个至关重要的参数。
本文将分析开关电源工作频率的原理，并探讨其对性能的影响。
一、开关电源的基本原理开关电源是通过快速开关管将输入电源切换成高频脉冲信号，然后经过滤波、调整和变换等环节，最终得到稳定的输出电压。
这种切换过程会产生开关频率的信号，即工作频率。
二、工作频率的选择原则1. 效率：开关电源的效率在很大程度上取决于工作频率。
较高的工作频率会导致较低的开关损耗，从而提高整个系统的效率。
2. 尺寸：开关频率高的电源可以采用较小的元件，减小整体体积。
尤其在微型电子设备中，对尺寸的要求较高。
3. 抗干扰能力：工作频率的选择还应考虑系统对外界干扰的抗性。
合适的工作频率可以减小电源对周围环境电磁波的敏感程度，提高系统的抗干扰能力。
三、开关电源工作频率的影响因素1. 电感元件：工作频率越高，电感元件的体积越小。
同时，高频信号会导致电感元件产生更大的功率损耗，因此需要选择工作频率适中的电感元件来平衡体积和损耗的关系。
2. 开关管：开关管具有较大的开关频率响应能力，但频率过高会产生更大的导通压降和开关损耗。
因此，在选择开关管时，需综合考虑频率响应和损耗的权衡。
3. 输出滤波：工作频率的选择还涉及输出滤波电容的大小。
频率过高会导致输出滤波电容变得更小，从而可能引起输出电压波动或噪声。
四、常见的工作频率范围开关电源的工作频率通常分为几个常见的范围，包括：1. 低频范围（20 kHz以下）：适用于需要高功率输出和承受重载的应用，如电感加热、电动工具等。
2. 中频范围（20 kHz至100 kHz）：适用于一般的电子设备，如计算机、通信设备等。
在这个频率范围内，可以实现较高的效率和尺寸优势。
3. 高频范围（100 kHz以上）：适用于追求小型化和高效率的应用，如笔记本电脑、手机等微型电子设备。
直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择
直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择1设计原则——满足最大阻抗失配插入损耗要尽可能增大，即尽可能增大信号的反射。
设电源的输出阻抗和与之端接的滤波器的输人阻抗分别为ZO和ZI，根据信号传输理论，当ZO≠ZI时，在滤波器的输入端口会发生反射，反射系数p＝（ZO－ZI）／（ZO＋ZI）显然，ZO与ZI相差越大，p便越大，端口产生的反射越大，EMI信号就越难通过。
所以，滤波器输入端口应与电源的输出端口处于失配状态，使EMI信号产生反射。
同理，滤波器输出端口应与负载处于失配状态，使EMI信号产生反射。
即滤波器的设什应遵循下列原则：源内阻是高阻的，则滤波器输人阻抗就应该是低阻的，反之亦然。
负载是高阻的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻的，反之亦然。
对于EMI信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源EMI滤波器与源或负载的端接应遵循下列原则：如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的。
如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的。
2 EMI滤波器的网络结构EMI信号包括共模干扰信号CM和差模干扰信号DM，CM和DM的分布如图1所示。
它可用来指导如何确定EMI滤波器的网络结构和参数。
EMI滤波器的基本网络结构如图2所示。
上述4种网络结构是电源EMI滤波器的基本结构，但是在选用时，要注意以下的间题：l）双向滤波功能——电网对电源、电源对电网都应该有滤波功能。
2）能有效地抑制差模干扰和共模干扰——工程设计中重点考虑共模干扰的抑制。
3）最大程度地满足阻抗失配原则。
几种实际使用的电源EMI滤波器的网络结构如图3所示。
3电源EMI滤波器的参数确定方法a）放电电阻的取值在允许的情况下，电阻取值要求越小越好，需要考虑以下情况：第一，电阻要求采用二级降额使用，保证可靠性。
降额系数为0.75 V，0. 6 W。
根据欧姆定律可求出n＞（0.75Ve）2／（0.6 Pe）。
第二，经过雷击浪涌后有残压，其瞬时值一般在1000 V取值；其瞬时功率值不能超过额定功率值的4倍，也可求出R＞(Vcy)2／（4Pe）。
元器件设计原则指导元器件设计的关键原则和方法
元器件设计原则指导元器件设计的关键原则和方法在电子产品的制造过程中，元器件设计起着至关重要的作用。
元器件的选择和布局直接影响到电路的性能和可靠性。
为了确保电子产品的正常运行和长期稳定性，设计人员需要遵循一些关键的元器件设计原则和方法。
本文将介绍一些常用的原则和方法，旨在指导元器件设计的过程。
一、功能性选择与匹配首先，元器件的设计要考虑其所需的功能。
不同的电子产品有不同的功能要求，因此在元器件选择的过程中，设计人员需要根据产品的功能需求来选择合适的元器件。
例如，对于高频应用，需要选择具有良好高频特性的电容器和电感器；对于功率放大器，需要选择具有较大功率和低失真的放大器芯片。
此外，还需要注意元器件之间的匹配，确保元器件之间的工作参数相互匹配，以提高整体性能。
二、可靠性和稳定性设计在元器件设计中，可靠性和稳定性是至关重要的考虑因素。
设计人员需要选择具有良好可靠性和稳定性的元器件，以确保产品在长期使用中不会出现故障。
在元器件的选择上，要尽量选择经过验证的品牌和供应商，以确保元器件的质量和可靠性。
此外，还需要对元器件的工作条件进行综合考虑，如温度、湿度、振动等环境因素，以提高元器件的稳定性。
三、布局和隔离设计元器件的布局和隔离设计对电路的性能和电磁兼容性有重要影响。
在元器件布局上，设计人员需要根据电路的功能和信号传输路径来合理安排元器件的位置。
相互影响较大的元器件要尽量远离，避免互相干扰。
在电源和接地线的布局上，要注意将其与其他信号线隔离，以降低噪声干扰。
此外，还需要考虑良好的地线设计和屏蔽设计，以提高电磁兼容性。
四、功耗和热管理功耗和热管理是元器件设计中需要重视的方面。
在元器件选择的过程中，要注意选择低功耗的元器件，以降低产品的整体功耗。
同时，对于功耗较大的元器件，需要进行合理的热管理，以保证元器件工作时的温度不会超过其可承受范围。
在热管理中，可以采用散热片、风扇等方法来降低元器件的温度，以保证其长期稳定性。
电源设计中的电容选用规则
电源设计中的电容选用规则电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。
作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。
电源设计中的电容使用，往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。
一、电源设计中电容的工作原理在电源设计应用中，电容主要用于滤波（filter）和退耦/旁路（decoupling/bypass）。
滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。
根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。
滤波一词起源于通信理论，它是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。
“接收信号”相当于被观测的随机过程，“有用信号”相当于被估计的随机过程。
滤波主要指滤除外来噪声，而退耦/旁路（一种，以旁路的形式达到退耦效果，以后用“退耦”代替）是减小局部电路对外的噪声干扰。
很多人容易把两者搞混。
下面我们看一个电路结构：图中电源为A和B供电。
电流经C1后再经过一段PCB走线分开两路分别供给A和B。
当A 在某一瞬间需要一个很大的电流时，如果没有C2和C3，那么会因为线路电感的原因A端的电压会变低，而B端电压同样受A端电压影响而降低，于是局部电路A的电流变化引起了局部电路B 的电源电压，从而对B电路的信号产生影响。
同样，B的电流变化也会对A形成干扰。
这就是“共路耦合干扰”。
增加了C2后，局部电路再需要一个瞬间的大电流的时候，电容C2可以为A暂时提供电流，即使共路部分电感存在，A端电压不会下降太多。
对B的影响也会减小很多。
于是通过电流旁路起到了退耦的作用。
一般滤波主要使用大容量电容，对速度要求不是很快，但对电容值要求较大。
如果图中的局部电路A是指一个芯片的话，而且电容尽可能靠近芯片的电源引脚。
而如果“局部电路A”是指一个功能模块的话，可以使用瓷片电容，如果容量不够也可以使用钽电容或铝电解电容（前提是功能模块中各芯片都有了退耦电容—瓷片电容）。
ESD基础知识
2023-11-07•esd概述•esd基本原理•esd器件类型•esd电路保护元件•esd设计原则目•esd在电子系统中的应用•esd的未来发展趋势及挑战录01 esd概述esd定义能源服务认证（ESCO）ESCO认证是指对ESCO所提供的能源服务进行审核和评估，以确保其符合相关标准和要求。
ESCO服务ESCO服务包括能源审计、能源管理、能源效率改造、能源供应等服务。
能源服务公司（ESCO）ESCO是提供能源审计、能源管理、能源效率改造等服务的企业。
esd的重要性降低能源成本ESCO能够为企业提供能源效率改造和优化方案，从而降低企业的能源成本，提高企业的竞争力。
保护环境ESCO所提供的能源服务能够有效地减少能源消耗和排放，从而减少对环境的污染和破坏。
提高能源效率通过ESCO提供的能源服务，可以有效地提高能源效率，降低能源消耗，减少能源浪费。
esd的应用场景工业领域ESCO可以为工业领域提供全面的能源服务，包括能源审计、能源管理、能源效率改造等，帮助企业提高能源效率、降低能源成本、保护环境。
建筑领域ESCO可以为建筑领域提供建筑能源审计、节能诊断、节能改造等服务，帮助建筑企业降低能源消耗、减少能源浪费、提高建筑能效。
公共机构ESCO可以为政府机构、学校、医院等公共机构提供能源管理、节能改造等服务，帮助公共机构提高能源效率、降低能源成本、保护环境。
02 esd基本原理电容是存储电荷的物理元件，其大小由电极面积、间距和介质决定。
定义工作原理类型在交流电作用下，电容器的电荷会不断充放电，形成电流。
电容包括铝电解电容、钽电解电容、陶瓷电容等。
03电容020103类型电感包括空芯电感、磁芯电感、铁氧体电感等。
01定义电感是存储磁场能量的物理元件，其大小由线圈的匝数、直径和线圈的材料决定。
02工作原理当电流通过线圈时，会产生磁场，从而感应出电动势，阻碍电流的变化。
1 2 3电阻是导体对电流的阻碍作用，其大小由导体的长度、截面积和材料决定。
电感在在电路中的作用及使用方法简洁范本
电感在在电路中的作用及使用方法简洁范本电感是指由导线卷绕成的线圈所构成的元件，主要由铁芯和绕组两部分组成。
电感在电路中起着较为重要的作用，可以用于滤波、阻抗匹配、能量储存等方面。
下面将对电感在电路中的作用及使用方法进行简洁阐述。
电感的作用：1.滤波作用：电感在电路中可以用作滤波器，可以滤除或减小特定频率的电流或电压信号。
当电感和电容串联时，可以形成LC滤波器，用以滤除高频噪声信号。
当电感和电容并联时，可以形成LC低通滤波器，用以滤除低频噪声信号。
2.阻抗匹配作用：电感可以用于阻抗匹配，将不同阻抗的电路连接起来，使得信号在电路中的传递效果更加理想。
电感的阻抗随着频率的增加而增加，可以在一定频率范围内起到阻抗匹配的作用。
3.能量储存作用：电感具有能够储存能量的特性，在电路中可以用来储存电能或磁能。
当电感中通过电流时，会储存磁能，当电流断开时，会释放出储存的磁能，可以用于产生电压或驱动其他元件。
电感的使用方法：1.选择合适的电感值：在使用电感时，需要根据电路的要求选择合适的电感值。
电感的值通常用亨利（H）来表示，常见的有微亨（μH）、毫亨（mH）等。
需要考虑的因素包括电路的频率范围、所需的电感阻抗等。
2.连接方式：电感一般有两个引脚，需要正确地连接到电路中。
连接时需要注意引脚的标记，保证正确的连接性能。
3.防止电感饱和：在使用电感时，需要避免过大的电流通过电感，以免使电感饱和失去正常的工作功能。
可以通过限流电阻、增大电感等方式进行防护。
4.稳定电感的位置：在使用电感时，需要将其固定在适当的位置，以防止电感发生颤动或位移，影响电路的正常工作。
总结：电感在电路中的作用主要包括滤波、阻抗匹配和能量储存等方面，可以根据电路的要求选择合适的电感值，并正确连接到电路中。
在使用过程中需要注意防止电感饱和和稳定电感的位置，以确保电路的正常工作。
高频开关电源模块配置原则
高频开关电源模块配置原则一、选择合适的开关频率高频开关电源模块的工作频率通常在几十kHz到几百kHz之间。
选择合适的开关频率有助于提高电源的转换效率和减小体积。
一般来说，较高的开关频率可以减小电感和电容元件的尺寸，但也会增加开关器件和散热器的损耗。
因此，在选择开关频率时需要综合考虑功率需求、尺寸限制和成本等因素。
二、合理选择开关器件开关器件是高频开关电源模块的核心组成部分，直接影响电源的性能和可靠性。
常见的开关器件有MOSFET和IGBT。
MOSFET具有开关速度快、损耗小的优点，适用于功率较低的应用；而IGBT具有承受高电压和高电流的能力，适用于功率较高的应用。
在选择开关器件时，需要考虑功率需求、开关速度和导通损耗等因素，以及器件价格和可靠性等因素。
三、合理设计电感和电容元件电感和电容元件在高频开关电源模块中起到滤波和能量存储的作用。
在设计电感时，需要考虑电感值、电流和磁芯材料等因素，以及工作频率和效率等要求。
在设计电容时，需要考虑电容值、工作电压和损耗等因素，以及输出纹波和稳压要求。
合理选择和设计电感和电容元件可以提高电源的稳定性和转换效率。
四、合理设计反馈回路反馈回路在高频开关电源模块中起到稳定输出电压和限制电流的作用。
常见的反馈回路有电压反馈和电流限制回路。
在设计反馈回路时，需要考虑输出电压和电流的精度要求，以及响应速度和稳定性等因素。
合理设计反馈回路可以提高电源的稳定性和可靠性。
五、合理布局和散热设计高频开关电源模块的布局和散热设计对于电源的稳定性和可靠性至关重要。
合理布局可以减小电源模块的干扰和噪声，提高系统的抗干扰能力。
合理散热设计可以降低开关器件的温度，延长器件的寿命。
在布局和散热设计时，需要考虑电源模块的尺寸限制、散热器的选择和安装等因素，以及散热效果和成本等要求。
高频开关电源模块的配置原则包括选择合适的开关频率、合理选择开关器件、合理设计电感和电容元件、合理设计反馈回路，以及合理布局和散热设计。
PFC电感的计算资料
即
I2k 2Iimax
取 k 0 .1 ~0 .15
6、利用AP法选择磁芯尺寸 CCM模式电感设计
求磁芯有效截面积A e
2 U im T o in m n aN x N BeA 其中
Ae
2UimTinom n ax NB
2UimiD npmax fNB
Tonmax
Dpmax f
小知识
AP法选择磁芯:
2UimiD npmax fN B
A P A w A e2 U fim N D B ip n ma Iix m jw k N a x 2 U i2 m kIw iim jk nfD a p B m x ax
保证任何情 况下磁芯不 饱和使用。
k B 2B
<B/(1+k)
kw0.3~0.5
7、计算匝数
B kB 2
度的 关系
6、利用AP法选择磁芯尺寸 连续模式的电感设计
求窗口面积Aw
N匝导线 的面积
NA N • Iimax j
A=area
磁芯窗口
面积Aw
Aw
Ii max N jk w
电流密度
窗口 系数
6、利用AP法选择磁芯尺寸 连续模式的电感设计
Aw
Ii max N jk w
Ae
2UimT inom n a x NB
频率f=1/28.57μs=35kHz。
如果输入电压在±20%范围变化; 最低输入电压为220×0.8=176V; 输出电压: U o =1.414×220×0.8/0.65＝383V。
附录3 例子说明 CRM电感设计方法二
在15°时，周期为12μs,相当于开关频率为83kHz
在最高输入电压时，得到最高电压导通时间 T onh＝(0.8/1.2)2×TonL＝4.444μs，
CMOS电路布局设计
CMOS电路布局设计一、引言CMOS电路布局设计是集成电路设计中至关重要的一环。
合理的电路布局设计，可以有效降低功耗、提高性能和可靠性。
本文将介绍CMOS电路布局设计的基本原则和方法。
二、CMOS电路布局设计原则1. 紧凑性原则CMOS电路布局设计应尽量减少电路面积，提高集成度。
合理规划电路的布局，尽量减少布线长度，降低电路延迟和功耗。
同时，需要充分考虑器件之间的布局关系和信号传输路径，避免冲突和干扰。
2. 对称性原则在CMOS电路布局设计中，应尽量保持布局的对称性。
对称布局可以减小电路的不平衡度，提高工作稳定性和抗干扰性。
对称布局还有利于电路的布线和电源的平衡分布，有助于降低射频干扰和功耗损失。
3. 接地和电源布局原则在CMOS电路布局设计中，接地和电源是至关重要的。
合理规划接地和电源布局，可以降低互联电阻、电容和电感的影响，提高电路的工作准确性和稳定性。
同时，需要避免接地和电源之间的电压降、共模电压干扰和回路电流噪声问题。
4. 降噪和屏蔽原则CMOS电路布局设计中需要充分考虑降噪和屏蔽措施。
合理布局引脚、信号线和地线，采用合适的屏蔽结构和金属层分割技术，可以有效减少电磁干扰和互电容/互电感的影响，提高电路的可靠性和抗干扰能力。
5. 散热和温度控制原则CMOS电路布局设计应注意散热和温度控制。
高功耗电路模块应与散热设备接触良好，合理布局散热器和散热通道，降低温度梯度和温度差异，保证电路的可靠性和性能。
三、CMOS电路布局设计方法1. 栅极布局栅极布局是CMOS电路布局设计中的重要环节。
应尽量采用等长、等宽和等距的规则栅极布局方式，减少电阻和电容的影响，提高电路性能和一致性。
2. 管子布局管子布局是CMOS电路布局设计的关键。
合理布局管子的位置和尺寸，保证管子之间的有序关系和对称性。
在布局过程中，需要注意避免管子之间的干扰和互感问题，减少电阻和电容的影响。
3. 互连布局互连布局是CMOS电路布局设计中的挑战之一。
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·2008.09
TECHNOLOGY & APPLICATION · 技术与应用
状磁芯。由于磁粉芯中存在大量非磁性物质，相当于在磁 芯中均匀参杂极小气隙，加损耗［４］。
使用硅钢磁芯和铁氧体磁芯制作电感器，设计合理的 气隙长度将会极大地影响到电感器性能。满足电感器设计 原则１）的关键是选用合理的磁性材料磁芯、设计合理的气 隙，产生较为理想的 B－H 曲线，该曲线在磁场变化范围内 （电感器电流变化范围内），具有比较理想的线性斜率， 电感量在电流变化范围内基本不变。图 ３ 是较为理想的 B－H 曲线示意图。
通过对上面分析可知，磁路磁导率（μr 或者 μe）和磁性 材料磁感应强度 B 是设计电感器的 ２ 个重要参数，在保证电 感量线性度前提下，从减少体积、重量考虑，应选用高 Bs、 高磁导率 μr 磁性材料磁芯。另一方面，合格的电感器必须 保证长期工作温升不会超出限度，即要满足设计原则 ２）， 因此，选用磁芯时，还应根据工作频率，选用合适的磁性材 料，力求损耗最小。另外，从电磁兼容考虑，在体积、重量 允许情况下，可以考虑选用磁导率 μr 较低的磁芯，制作无 气隙电感器，减少电磁场外泄，满足设计原则 ４）。
（７）
式中，V－磁芯体积，ｍ３。这说明，电感器储能（LI ２ ／ ２） 与磁芯体积成正比。
2.2 电感器设计基本原理
2.2.1 磁介质磁导率 μ 对电感器设计的影响 根据磁介质形式不同，电感器通常有空心电感器、无
气隙磁芯电感器和垫气隙磁芯电感器之分。由于磁介质不 同，对应的磁导率不同，因此，磁化曲线（B－H 曲线）不 同，如图 １；相应地，电感量 L 随磁场强度 H（或者电流
2 电感器设计方法
2.1 电磁基本理论 电感自感电动势：
（１） 式中，e －自感电动势，Ｖ；Φ 磁通，Ｗｂ；Ψ 磁链， Ψ＝NΦ，Ｗｂ；N － 匝数；L － 电感量，Ｈ；i － 电流，Ａ 对式 （１） 积分，可以得到磁链：
２） 无气隙磁芯电感器：
ａ． 单极性电感器理想的 B－H 曲线
（９） 式中，L－电感量，Ｈ；A e－磁芯截面积（磁路截面 积），ｃｍ２；N－匝数；lc－磁芯长度（磁路长度），ｃｍ；μr－ 磁性材料磁芯相对磁导率。 ３） 垫气隙磁芯电感器：
（１０）
式中，L－电感量，Ｈ；A e－磁芯截面积（磁路截面 积），ｃｍ２；N－匝数；lc－磁芯长度（磁路长度），ｃｍ；lg－ 气隙长度，ｃ ｍ；μ r－磁性材料磁芯相对磁导率；μ e－垫入气 隙后磁路等效磁导率：
由式 （６），该三类磁介质形式电感器电感量的计算公 式：
１） 闭合空心电感器： 环形闭合空心线圈电感量：
（８）
式中，L－电感量，Ｈ；N－匝数；S－线圈截面积（磁路 截面积），ｃｍ２； l－线圈长度（磁路长度），ｃｍ。
空磁导率 μ＝４π×１０－７＝１．２５６×１０－６Ｈ／ｍ）。对式 （４） 分析
可知，当线圈确定后，磁场强度 H 与线圈电流 I 成正比，
即：
（５） 由式 （２），（４） 得到：
（４）
式中，l－线圈磁路长度，ｍ；H－磁场强度，Ａ／ｍ。磁 场强度 H 不表示磁场强弱，表示外加的磁化强度，只与产
生磁场的电流大小、匝数、磁路闭合路径长度有关，与磁
介质材料无关。磁场强度定义：
；其中，B－磁感应
强度，Ｔ，表示磁场强弱；μ－磁介质磁导率，Ｈ／ｍ。（真
TECHNOLOGY & APPLICATION · 技术与应用
电源电感器设计原理、原则与方法
顾公兵，沈坚，汤长岭，张磊，欧阳玲 南京电子技术研究所 南京 ２１００１３
摘 要：系统分析了电感器的设计原理和设计原则，介绍了设计基本思路和方法，对工程实践具有指导意义。 关键词：磁性元件；电感器
Theory, Rule, Method of Design of Inductors Used in Power Supply
ＧＵ ＧｏｎｇＢｉｎｇ ＳＨＥＮ Ｊｉａｎ ＴＡＮＧ ＣｈａｎｇＬｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ ＯＵ ＹａｎｇＬｉｎｇ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１３， ｃｈｉｎａ
由式 （１），在时间Δt内，电感器上加入电压 U，则电 感量 L、电流变化量ΔI、磁感应强度变化量ΔB与磁路截 面积 Ae 关系：
（１２）
2008.09 ·
97
技术与应用 · TECHNOLOGY & APPLICATION
可以推导：
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： magnetic component; inductor
1 引言
1.1 电感器用途与分类 电感器是最常用的磁性元件之一。电感器主要用途［１］：
１） 滤波；２） 抑制电压和电流尖峰，保护开关管、整流管等 元器件；３） 与电容器组成谐振电路，产生交变的电压和电 流。根据用途不同，电源电感器可以分为［２， ３］：１） 直流阻流 圈（扼流圈），包括 ５０Ｈｚ，４００Ｈｚ 电源整流滤波阻流圈和 开关电源整流滤波阻流圈，用于抑制整流纹波；２） 交流阻 流圈，主要用于交流回路镇流、限流，抑制电压和电流尖 峰；３） 谐振电感，主要用于谐振式开关电源和软开关电源 变换器，形成谐振回路。
器，例如交流阻流圈或谐振电感等。Bs、Br 分别是饱和磁 感应强度和剩余磁感应强度；k１、k２ 是保证电感器工作在 线性区间的系数，k１＜１、k２＞１；B＝ 为单极性电感器中电流 直流成分 Ｉ＝ 产生的磁场强度 Ｈ＝ 对应的直流磁感应强度； ΔH 为电感器中交流电流（纹波）ΔI 产生的磁场强度。
图 ２． 不同形式磁介质电感的 L－H 曲线
强度Ｉ）变化也不同，如图 ２。 由式 （６） 可知，L∝μ，图 ２ 中 Ｌ－Ｈ 曲线实际上对应图１
中Ｂ－Ｈ曲线的导函数（磁导率μ）。图１，２定性描述了这三 类电感器特性。图 ２ 表明，相同线包电感器，１） 空心电感 器电感量恒定，但是电感量很小，难以制作大电感。但是， 由于没有饱和现象存在，适宜制作电流大、电感量小的电感 器；２） 无气隙磁芯电感器很小的电流就会产生很大的电感 量，但是，易于饱和，电流增大，电感量急剧下降，因此难 以制作大电流电感器。３） 垫气隙磁芯电感器实质是通过调 节气隙长度，改变电感器等效磁导率，即改变 B－H 曲线斜 率，使得电感量在要求的电流变化范围内比较恒定。
几种常用磁芯材料的磁导率和适用频率范围可以用图 ４［１］粗略描述。
（１４）
式中，L－电感量，Ｈ；I d c－直流电流，Ａ；Δ I－交流纹 波峰－峰值，Ａ；Idc＋ΔI／２ 为电流最大变化量；Ae－磁芯截 面积（磁路截面积），ｃｍ２；ΔB－磁感应强度变化量，Ｔ； ΔB的取值原则是保证点电流最大时 Ｂ－Ｈ 曲线在线性区， 如图 ３．ａ，ΔB＝k１Bs－k２Br。
式 （１３） 中，对于单极性电感器，电流包含直流成分Idc 与交流纹波。电流变化量为电流峰值，线圈匝数：
2.3.1 选取磁芯 首先确定磁芯的磁性材料。磁芯磁性材料要具有较
高的磁导率、低的矫顽力、高的电阻率。常用的磁性材料 有硅钢、铁氧体、非晶合金、超微晶、精密合金、磁粉芯 等，应根据生产厂商给出的参数和相应的特性曲线，结合 设计要求，在满足设计原则 １）￣４） 的基础上，选取性价比 高的材料。
2008.09 ·
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技术与应用 · TECHNOLOGY & APPLICATION
NΦ = LI （２） 由安培环路定律（全电流定律）：
（３） 可以推导出电感磁动势 ：
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Theory and rule of design of inductors used in power supply are analyzed step by step in the paper. On the base, the method of design is introduced, which is practical advice for the designer.
图 １． 不同形式磁介质电感的 B－H 曲线
（６）
式中，S－磁路截面积，ｍ２；l－磁路长度，ｃｍ。 对式 （６） 分析可知：１） 电感器的电感量 L 与磁芯材料 的磁导率 μ 成正比；２） 选定磁芯以后，磁导率 μ 确定，电 感量 L 与线圈匝数 N ２ 正比。３） 选定磁芯材料与匝数后， 电感量 L 与磁路结构有关，与磁路截面积 S 正比，与磁路 长度 l 反比。 由式 （６），可以推导 LI ２ 与磁路截面积 S，磁路长度 l 与磁芯体积 V 的关系：
（１１）
ｂ． 双极性电感器理想的 B－H 曲线 图 ３． 理想的 Ｂ－Ｈ 曲线示意图
图中，单极性电感器是指电流单向流动的电感器， 例如整流滤波阻流圈；双极性电感器是指电流交变的电感
由式 （９）、（１０） 可知，设计电感量为 L 的电感器，在保 证电感量 L 线性度前提下，选用磁导率 μr 较高的磁性材料 磁芯，就可以减少匝数或者选用截面积较小的磁芯减少体 积、重量，满足电感器设计原则 ３）。 2.2.2 磁介质磁感应强度 B 对电感器设计的影响
对于双极性电感器，电流仅包含交流电流。线圈匝数：
（１５）
图 ４ 常用磁芯材料的磁导率和适用频率范围
式中，L－电感量，Ｈ；ΔI－交流纹波峰－峰值，Ａ； Δ I＝２I m，I m－电流峰值，Ａ；A e－磁芯截面积（磁路截面 积），ｃ ｍ２；Δ B－磁感应强度变化量，Ｔ；Δ B的取值原则 是保证 Ｂ－Ｈ 曲线在线性区，如图 ３．ｂ，ΔB＝２k１Bs。
（１３）
这说明，对于给定了设计条件 L 和ΔI，电感器的线圈 匝数 N、磁芯截面积 Ae 与ΔB 成反比。也就是磁芯使用的 磁性材料饱和磁感应强度 Bs 越大，磁感应强度变化量ΔB 越大，就可以减少匝数或者选用截面积较小的磁芯减少体 积、重量，满足电感器设计原则 ３）。
1.2 电感器设计要求与设计原则