【R课堂】开关稳压器的评估：电感电流的测量

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开关稳压器的评估：电感电流的测量

“开关稳压器的评估”第4项为“电感电流的测量”，说明电感电流的测量方法和评估要点。

・关于电感

一开始要稍微偏离一下主题。在这里，将右图DC/DC转换器的输出所使用的L统一称为“电感”。近年来似乎大多称为电感，不过使用线圈或扼流线圈等称呼也不在少数。此外，也有使用电抗器的称呼，只是不太多。

尽管想说在DC/DC转换器中都是同样的东西，不过线圈是卷线物的总称，而电感据说也同义。扼流线圈是不通过高频率电流用途的线圈。只是，即使在业界似乎也没有严格的规定，而是使用熟悉的言语。据说IEC等圈际规格中常用inductor一词（详细未确认）。近年使用电感的情况或许正在逐渐增加。

那么，现在进入主题。首先，须确认电感从事什么样的工作。简单来说，电阻器不论AC或DC，总之无关频率，都会限制电流在稳定程度，而电感如果电压相同的话频率会变高致使电流难以流动，DC方面可以想成没有电阻成分。与电容器做比较的话，由于电容器不通过DC而通过AC，故也可以说反向工作。电感如电阻般工作的原理为电磁感应。此外，通过自我感应来产生电动势。此效果的大小以电感值表示。

降压型的DC/DC转换器中，上图所示的电感基本上扮演着平滑化的角色。上图电感被输出晶体管的ON/OFF方波电压输入时，流动的电流会因电感而可以梯度至电流输出成为三角波。以此方式，方波形成平滑的三角波，这是基本。

・电感电流和输出纹波电压

为了测量电感电流并判断是否适当，特以数学式来表示电感电流和输出纹波电压。（左图中，因图出处的关系而使用“线圈”一词标示。当然，同时也是电感的意思。）

这些算式是设计DC/DC转换器时必定会出现的公式。如果能想象与各项的关系，想必评估就容易多了。

以⊿IL表示的电感电流的三角波的峰值，当电感值L变大时会变小。此外，即便开关频率变高时也会变小，以⊿VREP表示的纹波电压由⊿IL及电容器ESR支配。并以此为基础评估已测量的电感电流。

・电感电流的测量方法

电感电流使用电流探针以示波器观察波形。电流探针由于必须夹住电流路径，故必须像照片般露出夹钳用线。

・电感电流的探讨事项

上右波形图表中，上为开关电压波形、下为电感电流的波形。此实测波形可以说接近理想，可以观察到漂亮的三角波。

这里的评估要点以刚才也出现过的右图来说明。这些其实是设计时决定电感规格的要点。也就是说，最后必须确认设计时所选择的电感实际上是否适当。

电感（线圈）的饱和电流应该选择大于IOUTMAX加⊿IL/2的值。请与实测值进行比较。

最糟情况有时超出预测的电流会流入开关式晶体管导致损坏。这是重要的检查点。

电感电流的评估要点

评估电感及电感电流的要点总结。

• 常量虽然依照技术规格决定，但务必进行实测。
• 测量时使用示波器及电流探针。
• 确认电流波形是否适当、有无饱和。
• 电感电流根据峰值和平均值双方进行探讨。
• 电感的选择根据数学式的要求、IOUTMAX＋⊿IL/2进行考虑。
  

电感的工作有时难以理解，相信势必有必会感到棘手。尽管如此，对DC/DC转换器而言却是不可或缺的部件，因此最好以实测反复进行评估等来加深理解。

有奖问答：如果饱和电流的容许值不充分，则电感将会______，电流会急剧流动，故三角波的斜度会如___________般歪斜。

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