電感是硬件設計中常用的基本元器件,我們在高中物理中已經系統地學過電感,最熟悉的一句話就是“通低頻,阻高頻”,如果只記住這句話卻不知道為什么,在實際的工程應用中就無法很好地利用電感。
電感分為自感和互感,我們通常使用的電感參數L是電感的自感系數,不管是自感還是互感,都體現了電流I與磁通Φ之間的線性變化關系(互感是電感A引起電感B磁通的變化,雖然叫互感系數,但是底層邏輯還是一樣,比如變壓器,這里就不展開了)。由于電感線圈是繞制很多圈的,所以這里的磁通是所有圈磁通的總和感應電動勢公式,也就是磁通:
在實際工程應用中,由于磁通參數未知,公式1不能直接使用。我們回到電感的基本原理來討論這個問題。電感會阻礙電流的變化。其實質是電能和磁能相互轉換的過程。這里不得不提到法拉第電磁感應定律,公式2:
磁通量的變化會產生感應電動勢E,單位時間內磁通量的變化越大感應電動勢公式,E就越大(低頻通,高頻阻斷,也就是電感的電流不能突變)。將公式1和公式2合并得到公式3(對,就是我們經常看到的公式V=L*(di/dt))。至此,實際工程應用中就可以用這個公式來計算電感了。下面以DCDC-BUCK電路為例來驗證一下這個公式。
BUCK電路拓撲
電源芯片描述
最后,考慮電感在實際應用中的工作條件,采用公式V=L*(di/dt)解決電感系數的計算問題。文章中介紹的計算方法是電感理論最小值,實際工程應用需要留有余量,并考慮各個參數的極限值。如電感因溫升引起的衰減、電感的制造精度、DCR參數、飽和電流等。