立锜最近出了一款全新的高壓Buck——RT6204，其最高工作電壓可以達到60V，最低則為5.2V，可以說是非常寬泛，即使是80V的輸入也還能承受。它的電流輸出可以滿足0.5A以下負載的需求，對于絕大多數小型工業控制應用來說是足夠了。

有一個正在從事中功率無線電力傳輸的用戶在聽了我的介紹以后馬上就決定采用了，其應用目的是取代正在使用的RT9074，負載則是無線供電接收端的控制部分，其主要構成就是MCU，耗電非常低，電壓只有5V，但還需要同時為散熱風扇供電，所以最大負載電流約為100mA。

RT9074的負載能力正好是100mA，所以從負載能力的角度來看是夠的。但是無線電力傳輸的接收端電壓是會隨著供電和負載之間的不平衡而發生變化的，實際運行中出現在RT9074輸入端的最高電壓可以達到40V，這個電壓對于最高工作電壓為60V的RT9074來說不是問題，但是落在其上的功耗就太大了，這是因為RT9074是線性穩壓器，其功率消耗等于流過它的電流和落在其上的輸入、輸出壓差之積：

從RT9074的規格書中可以看到以下信息：

這是它的兩種封裝在25℃環境溫度下能夠承受的最大耗散功率數據，其中的最大值為3.26W，假如考慮到更寬的工作溫度范圍，這個值還需要進一步降低，也就是還要考慮降額使用問題。無論從哪個方面來看，RT9074都不能在這種極端狀況下滿足應用的要求，客戶做出替換的決定也就順理成章了。

從線性穩壓器改用成DC/DC，電路的復雜度會明顯增加，成本也會顯著上升，對于懂行的人來說這都不是問題，這個客戶就是主動做出的選擇，但是要使用很大的電感量還是讓他很意外，但是卻又在其情理之中，而這也是我在進入電源管理這個領域以后常常要面對的一個小問題，我也不愿意器件體積太大，但理智上還是會接受。

在DC/DC轉換器中，電感的作用就是充電（儲能）、放電（釋能），這一充一放之間，輸入端的能量就被轉移到了輸出端，用電器和供電源之間實現了隔離，負載可以穩定地工作，可以說是各得其所，皆大歡喜。這個過程中，電感的功勞是大大的，如果沒有它，我們真不知道要如何做才行。

關于什么是電感的問題，有一位被人們廣泛傳頌的信號完整性大師Eric Bogatin在他的書中說能夠正確地使用這個術語的人是不多的，其實我也不屬于那個能正確使用這一術語的圈子里的人，例如下述的電感定義對我來說理解起來就有難度：電感是對表面磁場強度的數值積分（其中的表面到底是哪個面就會讓我感到疑惑，磁場強度也顯得很虛無縹緲）。此定義用公式來表達是這樣：

很顯然，它和電流、磁場及空間都有關。雖然不能完全理解某些公式或表述，但大師提供的認識電感的幾個基本法則還是容易理解的：

電感法則之一：電流周圍會形成閉合磁力線圈；

電感法則之二：電感是導體電流1A時周圍的磁力線匝韋伯數；

電感法則之三：周圍磁力線匝數改變時導體兩端產生感應電壓。

這三個法則，一個說明了電感是如何形成的，一個說明了如何對電感進行計量，一個說明了電感是如何起作用的，可以說是各司其職，沒有一句廢話。

有誰知道一塊磁鐵有多少條磁力線嗎？我曾經無數次想弄清楚這個問題，但從來沒有一個明確的答案。大師在對此進行解釋的時候用了這樣的比喻：一蒲式耳蘋果有多少個？你可能永遠不知道這個結果，但一蒲式耳就是一蒲式耳，這和我們說一筐蘋果是一回事，具體的數量其實并不重要，那就是一個單位而已。而電感的單位是每安匝數即電流為1A時的磁力線匝韋伯數，簡稱為亨利，是一種人為的定義，它體現的是一個導體生成磁力線或說磁場的能力，與具體的電流大小是沒有關系的。

由于有電流就會有磁力線，有磁力線就會有電感，有磁力線匝數的變化就有感應電壓，電感和感應電壓在DC/DC電路中可說是無處不在，這是造成DC/DC應用中很多問題的根本原因之一，但在我們談論DC/DC中的電感時通常還沒有到這么細致的地步，我們首先關心的是那個有形的電感——帶有鐵芯的電感器，這是我們看得到的。

有形的電感器通常都是把導線繞成線圈的形式存在的，這樣就把磁力線集中并增強了耦合，所以電感量是隨線圈匝數的增加而急劇增加的（平方關系）。同質連續空間里的磁力線是連續的，鐵芯的出現則使磁力線可以不再連續，一條磁力線進入鐵芯以后可以變成很多條（這讓我想起了虎門大橋的停車場式的多個車道，進去很容易，出來很難，老是堵車），在電流不變的情況下，磁力線匝數卻提高了很多（感應出來的），相應的電感量就變得很大，而體積卻沒有增加多少（實際上是減少了空間的占用）。由于一個鐵芯中能夠容許存在的磁力線匝數是有限的，所以鐵芯會存在磁飽和的問題，當過大的電流流過一個電感器時，這些多出來的電流不能以磁能的形式存在，卻會造成鐵芯的過度發熱，發熱又造成其磁性能的下降，電感量進一步降低，從而造成惡性循環。所以，我們在選擇電感器的時候有兩個參數是特別重要的：一個是電感量L，另一個就是飽和電流值ISAT。

在Buck轉換器中，電感器中的電流通常是連續的三角波，其上升階段是由輸入電壓和輸出電壓之間的差和電感量的大小決定的：

其下降階段則由輸出電壓和電感量的大小決定：

這兩個公式在形式上不一樣，因為它反映的是不同工作狀態下的電感電流，但實質卻是相同的，都是在表達電感的電流隨外加電壓而變化的過程，是對電感法則之三的應用。

由于穩定情況下的電流上升幅度和下降幅度總是相等的，我們可以借助這種等價關系推導出很多有用的關系式，如占空比的計算方法：

這個公式在器件選擇上可以幫上老大的忙。

紋波電流的大小：

紋波電流的大小會直接影響輸出電壓的紋波幅度，所以通常總是希望它能小一點，相應地就需要電感量要大一點，我們只能動這個腦筋了。RT6204的規格書會給出這樣的計算公式給讀者使用：

注意其中的MIN是在提醒這是最小值，實際上幾乎總是大些更好的。其中的k是紋波電流系數，是電感電流的峰峰值和平均值的比，一般建議把這個值放在0.2-0.4之間。如果換一種工作模式，這個要求又變了。

按照計算確定了電感量的值以后，自然就有了紋波電流的最后結果。它們的計算公式其實是同一個，只是移了一下位、變了一點形而已。

由于Buck轉換器的負載電流就是電感電流的平均值，所以電感電流的峰值就是

這樣我們就得到了電感器的飽和電流參數必須要達到的數據。

對于一個實際的電感，它所使用的導線必然是含有電阻的。電阻越大，電流流過時導致的損耗就越大，發熱量以及可能導致的溫升也大。溫度的升高會導致電感性能變差，電感量下降，紋波增大，一系列的問題可說是層出不窮，所以在選擇電感時也要考慮它的直流電阻的大小。

溫升會導致電感量變小，所以電感參數中會有20度溫升電感量、40度溫升電感量等數據，這可能是很多不看規格書的人想不到的地方。

此外，還可以考慮磁場的結構問題。如果電感器的磁場被限制在鐵芯之內，它對外部電路的影響顯然就比較小（沒有或很少磁耦合），這樣的電感是帶有磁屏蔽的，相應的體積也會比較大，成本會比較高。常見的工字形電感有開放的磁回路，這種電感不容易飽和，體積也比較小，成本會比較低，但和外部的磁耦合就會比較多，在有的場合根本就不能使用或是要考慮更多的影響，這個問題就太大了，我們以后有機會時再聊。

今天的話題是從高壓Buck RT6204開始扯到電感上的，但這個話題和產品型號以及工作電壓、電流等的關系其實都不大，具體的環境所帶來的只是參數的不同，計算方法卻是不變的。常常遇到一些工程師，他們很容易把遇到的問題和IC型號、供應商名稱等扯在一起，以為某某型號就會如何、某某廠商就會如何，這都只是在做表面文章，沒有深入到實質上，我們應當引以為戒，看問題更深入一點。

之所以會寫關于電感的內容，是有網友專門發信息來提起的，不一定真的能夠滿足需要，但我已經盡力了，那些公式、定義之類，很多是靠記憶、理解做出的，若有錯誤，還望海涵。我很高興會有這樣的點題，這樣可以指引我們服務的方向。今天還有網友來信息說我們的每一篇文章都是干貨，每一篇都被期待著，我想這是對我們的看重，也是對我們的警醒，我們當盡心、努力，盡量不使你失望，這很難做到，但還是要努力。