電子設備在變得高性能的同時，會通過降低其所使用的LSI電源電壓來實現低耗電量以及高速化。電源電壓下降時，電壓變動的要求值將會變得更為嚴格，為滿足此要求特性，高性能DC-DC轉換器的需求不斷增加，而功率電感器則是左右其性能的重要元件。

1.功率電感器是左右DC-DC轉換器性能的重要元件

電感器（線圈）可使直流電流順利流過，而對于發生變化的電流，則會產生妨礙其變化的電動勢。這稱為自感應，針對交流電流，其擁有頻率越高越難通過的性質。為此，當電流流過電感器時會將其儲存為能量，屏蔽電流時會釋放能量。功率電感器正是利用了此性質，并且主要用于DC-DC轉換器等電源電路中。圖1為降壓型DC-DC轉換器（二極管整流型）的基本電路，功率電感器是左右其性能的重要元件。

圖1　降壓型DC-DC轉換器（二極管整流型）的基本電路

2.功率電感器特性相關的參數相互間存在復雜的權衡關系，功率電感器的設計難度在于其特性會隨電流大小或溫度等而發生變化。例如，電感（L）擁有隨電流增大而降低的性質（直流重疊特性），同時，隨著電流增大，溫度會隨之上升，由此磁芯導磁率(μ)及飽和磁通密度（Bs）會發生變化。即使電感值相同，直流電阻（Rdc）值也會隨繞組的粗細及匝數變化，并且發熱的程度也會有所不同。此外，磁屏蔽結構的差異也會對噪音特性造成影響。此類參數相互之間存在復雜的權衡關系，從DC-DC轉換器的效率、尺寸以及成本等綜合角度出發選擇最佳的功率電感器十分重要。

3.根據負荷大小或頻率不同損耗也會發生變化“因為溫度上升導致的主要損失為繞組引起的銅損以及磁芯材料引起的鐵損”繞組引起的損耗稱為銅損，磁芯材料引起的損耗稱為鐵損。銅損主要為繞組直流電阻（Rdc）引起的損耗（直流銅損），其與電流2次方成比例增大。同時，其擁有頻率越高，交流電流越會集中在導體表面附近流過，實際電阻值增加的性質（趨膚效應），在高頻范圍中還加上交流電流引起的銅損（交流銅損）。鐵損主要包括磁滯損耗與渦流損耗。渦流損耗與頻率的2次方成正比，因此在高頻率范圍內渦流損耗引起的磁芯損失會增加。實現高效化的重點在于即使在高頻范圍內也選擇使用磁芯損失較少的磁芯材料。

圖2　功率電感器損耗原因

4.功率電感器的損耗會因負荷大小而發生變化。中～重負荷時流過電感器的電流中直流偏置電流較大，因此主要為繞組的直流電阻（Rdc）引起的銅損。而在輕負荷時，由于幾乎不會流過直流偏置電流，因此銅損會下降，但在待機狀態下也會有一定頻率的開關工作，因此主要為磁芯材料的鐵損，從而效率會大幅下降（圖3）。

圖3　DC-DC轉換器負荷大小與功率電感器損耗的不同

5.非連續模式中的使用會對電源穩定性造成影響

降壓型DC-DC轉換器的功率電感器中，隨著開關器件的ON/OFF，會流過三角波相連的波形的波紋電流（ΔIL）（圖4）。中～重負荷時，直流偏置電流會與波紋電流重疊，因此電感器電流不會中斷。這稱為連續模式（Iout＞1/2ΔIL）。但二極管整流型的DC-DC轉換器在Iout＜1/2ΔIL的輕負荷中會產生電感器電流變為零的期間。這稱為非連續模式，電感器電流會發生中斷，從而會對電源穩定性造成影響。同時，變為非連續模式時會發生嘯叫，或在因開關引起的脈沖狀電壓波形中產生振蕩，從而會產生噪音。

圖4　二極管整流型DC-DC轉換器的連續模式與非連續模式

6.設置電感值來使波紋電流變為額定電流的20～30%，波紋電流的大小與功率電感器的電感值有關。因此在二極管整流型DC-DC轉換器的設計中，會通過限制波紋電流來避免因非連續模式導致的問題。功率電感器所需電感值L通過如下公式計算。

電感值L=(施加于電感器的電壓/波紋電流)×Ton

通過該公式可明確電感大小與波紋電流大小存在權衡關系。從尺寸與成本方面考慮而使用電感較小的功率電感器時，波紋電流會增大。相反，想要減小波紋電流時則需要較大的電感，其不僅會對尺寸及成本方面造成不利，同時在后述負荷急劇變化時的過渡響應特性也會變差。因此在通常情況下，應設置電感值來使波紋電流變為額定電流的20～30%(額定電流的10%左右時不連續)（圖5）。

圖5　波紋電流與電感值的關系

7.通過合理降低電感值可改善負荷響應特性，在負荷劇增等情況下，輸出電壓會下降，為進行恢復，功率電感器中會短時間流過過大的峰值電流，用以對負荷電流與輸出電容器進行充電。在波紋電流較小的設置下，可能會無法得到為了立即從輸出電壓大幅下降狀態下恢復所需的過渡響應特性。因此需要采取降低電感值來增大波紋電流的方法。如圖6所示，若負荷響應特性較差，則輸出電壓將會大幅降低，但通過合理降低電感值增大波紋電流，則電感器電流變化將會變大，電壓下降幅度將會減少，恢復將會更快。但降低電感值時，在綜合考慮平衡的情況下進行設置十分重要。

圖6　降低電感值時的過渡響應特性改善效果

8.DC-DC轉換器的要求特性與功率電感器，表1總結了DC-DC轉換器的要求特性及其相關的功率電感器特性，表2總結了TDK的主要功率電感器種類。詳細特性及規格請使用TDK產品中心的產品信息、選型指南以及特性值搜索等來查看。

9.現市場上電感的種類有那些