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(dá)到60V，最低則為5.2V，可以說(shuō)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(mǎn)足0.5A以下負(fù)載的需求，對(duì)于絕大多數(shù)小型工業(yè)控制應(yīng)用來(lái)說(shuō)是足夠了。

有一個(gè)正在從事中功率無(wú)線電力傳輸?shù)挠脩?hù)在聽(tīng)了我的介紹以后馬上就決定采用了，其應(yīng)用目的是取代正在使用的RT9074，負(fù)載則是無(wú)線供電接收端的控制部分，其主要構(gòu)成就是MCU，耗電非常低，電壓只有5V，但還需要同時(shí)為散熱風(fēng)扇供電，所以最大負(fù)載電流約為100mA。

RT9074的負(fù)載能力正好是100mA，所以從負(fù)載能力的角度來(lái)看是夠的。但是無(wú)線電力傳輸?shù)慕邮斩穗妷菏菚?huì)隨著供電和負(fù)載之間的不平衡而發(fā)生變化的，實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)在RT9074輸入端的最高電壓可以達(dá)到40V，這個(gè)電壓對(duì)于最高工作電壓為60V的RT9074來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題，但是落在其上的功耗就太大了，這是因?yàn)镽T9074是線性穩(wěn)壓器，其功率消耗等于流過(guò)它的電流和落在其上的輸入、輸出壓差之積：

從RT9074的規(guī)格書(shū)中可以看到以下信息：

這是它的兩種封裝在25℃環(huán)境溫度下能夠承受的最大耗散功率數(shù)據(jù)，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(gè)值還需要進(jìn)一步降低，也就是還要考慮降額使用問(wèn)題。無(wú)論從哪個(gè)方面來(lái)看，RT9074都不能在這種極端狀況下滿(mǎn)足應(yīng)用的要求，客戶(hù)做出替換的決定也就順理成章了。

從線性穩(wěn)壓器改用成DC/DC，電路的復(fù)雜度會(huì)明顯增加，成本也會(huì)顯著上升，對(duì)于懂行的人來(lái)說(shuō)這都不是問(wèn)題，這個(gè)客戶(hù)就是主動(dòng)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(jìn)入電源管理這個(gè)領(lǐng)域以后常常要面對(duì)的一個(gè)小問(wèn)題，我也不愿意器件體積太大，但理智上還是會(huì)接受。

在DC/DC轉(zhuǎn)換器中，電感的作用就是充電（儲(chǔ)能）、放電（釋能），這一充一放之間，輸入端的能量就被轉(zhuǎn)移到了輸出端，用電器和供電源之間實(shí)現(xiàn)了隔離，負(fù)載可以穩(wěn)定地工作，可以說(shuō)是各得其所，皆大歡喜。這個(gè)過(guò)程中，電感的功勞是大大的，如果沒(méi)有它，我們真不知道要如何做才行。

關(guān)于什么是電感的問(wèn)題，有一位被人們廣泛傳頌的信號(hào)完整性大師Eric Bogatin在他的書(shū)中說(shuō)能夠正確地使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)的人是不多的，其實(shí)我也不屬于那個(gè)能正確使用這一術(shù)語(yǔ)的圈子里的人，例如下述的電感定義對(duì)我來(lái)說(shuō)理解起來(lái)就有難度：電感是對(duì)表面磁場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值積分（其中的表面到底是哪個(gè)面就會(huì)讓我感到疑惑，磁場(chǎng)強(qiáng)度也顯得很虛無(wú)縹緲）。此定義用公式來(lái)表達(dá)是這樣：

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

電感法則之一：電流周?chē)鷷?huì)形成閉合磁力線圈；

電感法則之二：電感是導(dǎo)體電流1A時(shí)周?chē)拇帕€匝韋伯?dāng)?shù)；

電感法則之三：周?chē)帕€匝數(shù)改變時(shí)導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

這三個(gè)法則，一個(gè)說(shuō)明了電感是如何形成的，一個(gè)說(shuō)明了如何對(duì)電感進(jìn)行計(jì)量，一個(gè)說(shuō)明了電感是如何起作用的，可以說(shuō)是各司其職，沒(méi)有一句廢話。

有誰(shuí)知道一塊磁鐵有多少條磁力線嗎？我曾經(jīng)無(wú)數(shù)次想弄清楚這個(gè)問(wèn)題，但從來(lái)沒(méi)有一個(gè)明確的答案。大師在對(duì)此進(jìn)行解釋的時(shí)候用了這樣的比喻：一蒲式耳蘋(píng)果有多少個(gè)？你可能永遠(yuǎn)不知道這個(gè)結(jié)果，但一蒲式耳就是一蒲式耳，這和我們說(shuō)一筐蘋(píng)果是一回事，具體的數(shù)量其實(shí)并不重要，那就是一個(gè)單位而已。而電感的單位是每安匝數(shù)即電流為1A時(shí)的磁力線匝韋伯?dāng)?shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為亨利，是一種人為的定義，它體現(xiàn)的是一個(gè)導(dǎo)體生成磁力線或說(shuō)磁場(chǎng)的能力，與具體的電流大小是沒(méi)有關(guān)系的。

由于有電流就會(huì)有磁力線，有磁力線就會(huì)有電感，有磁力線匝數(shù)的變化就有感應(yīng)電壓，電感和感應(yīng)電壓在DC/DC電路中可說(shuō)是無(wú)處不在，這是造成DC/DC應(yīng)用中很多問(wèn)題的根本原因之一，但在我們談?wù)揇C/DC中的電感時(shí)通常還沒(méi)有到這么細(xì)致的地步，我們首先關(guān)心的是那個(gè)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(dǎo)線繞成線圈的形式存在的，這樣就把磁力線集中并增強(qiáng)了耦合，所以電感量是隨線圈匝數(shù)的增加而急劇增加的（平方關(guān)系）。同質(zhì)連續(xù)空間里的磁力線是連續(xù)的，鐵芯的出現(xiàn)則使磁力線可以不再連續(xù)，一條磁力線進(jìn)入鐵芯以后可以變成很多條（這讓我想起了虎門(mén)大橋的停車(chē)場(chǎng)式的多個(gè)車(chē)道，進(jìn)去很容易，出來(lái)很難，老是堵車(chē)），在電流不變的情況下，磁力線匝數(shù)卻提高了很多（感應(yīng)出來(lái)的），相應(yīng)的電感量就變得很大，而體積卻沒(méi)有增加多少（實(shí)際上是減少了空間的占用）。由于一個(gè)鐵芯中能夠容許存在的磁力線匝數(shù)是有限的，所以鐵芯會(huì)存在磁飽和的問(wèn)題，當(dāng)過(guò)大的電流流過(guò)一個(gè)電感器時(shí)，這些多出來(lái)的電流不能以磁能的形式存在，卻會(huì)造成鐵芯的過(guò)度發(fā)熱，發(fā)熱又造成其磁性能的下降，電感量進(jìn)一步降低，從而造成惡性循環(huán)。所以，我們?cè)谶x擇電感器的時(shí)候有兩個(gè)參數(shù)是特別重要的：一個(gè)是電感量L，另一個(gè)就是飽和電流值ISAT。

在Buck轉(zhuǎn)換器中，電感器中的電流通常是連續(xù)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(gè)公式在形式上不一樣，因?yàn)樗从车氖遣煌ぷ鳡顟B(tài)下的電感電流，但實(shí)質(zhì)卻是相同的，都是在表達(dá)電感的電流隨外加電壓而變化的過(guò)程，是對(duì)電感法則之三的應(yīng)用。

由于穩(wěn)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(jià)關(guān)系推導(dǎo)出很多有用的關(guān)系式，如占空比的計(jì)算方法：

這個(gè)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(huì)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(diǎn)，相應(yīng)地就需要電感量要大一點(diǎn)，我們只能動(dòng)這個(gè)腦筋了。RT6204的規(guī)格書(shū)會(huì)給出這樣的計(jì)算公式給讀者使用：

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

按照計(jì)算確定了電感量的值以后，自然就有了紋波電流的最后結(jié)果。它們的計(jì)算公式其實(shí)是同一個(gè)，只是移了一下位、變了一點(diǎn)形而已。

由于Buck轉(zhuǎn)換器的負(fù)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(shù)必須要達(dá)到的數(shù)據(jù)。

對(duì)于一個(gè)實(shí)際的電感，它所使用的導(dǎo)線必然是含有電阻的。電阻越大，電流流過(guò)時(shí)導(dǎo)致的損耗就越大，發(fā)熱量以及可能導(dǎo)致的溫升也大。溫度的升高會(huì)導(dǎo)致電感性能變差，電感量下降，紋波增大，一系列的問(wèn)題可說(shuō)是層出不窮，所以在選擇電感時(shí)也要考慮它的直流電阻的大小。

溫升會(huì)導(dǎo)致電感量變小，所以電感參數(shù)中會(huì)有20度溫升電感量、40度溫升電感量等數(shù)據(jù)，這可能是很多不看規(guī)格書(shū)的人想不到的地方。

此外，還可以考慮磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。如果電感器的磁場(chǎng)被限制在鐵芯之內(nèi)，它對(duì)外部電路的影響顯然就比較小（沒(méi)有或很少磁耦合），這樣的電感是帶有磁屏蔽的，相應(yīng)的體積也會(huì)比較大，成本會(huì)比較高。常見(jiàn)的工字形電感有開(kāi)放的磁回路，這種電感不容易飽和，體積也比較小，成本會(huì)比較低，但和外部的磁耦合就會(huì)比較多，在有的場(chǎng)合根本就不能使用或是要考慮更多的影響，這個(gè)問(wèn)題就太大了，我們以后有機(jī)會(huì)時(shí)再聊。

今天的話題是從高壓Buck RT6204開(kāi)始扯到電感上的，但這個(gè)話題和產(chǎn)品型號(hào)以及工作電壓、電流等的關(guān)系其實(shí)都不大，具體的環(huán)境所帶來(lái)的只是參數(shù)的不同，計(jì)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(wèn)題和IC型號(hào)、供應(yīng)商名稱(chēng)等扯在一起，以為某某型號(hào)就會(huì)如何、某某廠商就會(huì)如何，這都只是在做表面文章，沒(méi)有深入到實(shí)質(zhì)上，我們應(yīng)當(dāng)引以為戒，看問(wèn)題更深入一點(diǎn)。

之所以會(huì)寫(xiě)關(guān)于電感的內(nèi)容，是有網(wǎng)友專(zhuān)門(mén)發(fā)信息來(lái)提起的，不一定真的能夠滿(mǎn)足需要，但我已經(jīng)盡力了，那些公式、定義之類(lèi)，很多是靠記憶、理解做出的，若有錯(cuò)誤，還望海涵。我很高興會(huì)有這樣的點(diǎn)題，這樣可以指引我們服務(wù)的方向。今天還有網(wǎng)友來(lái)信息說(shuō)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(duì)我們的看重，也是對(duì)我們的警醒，我們當(dāng)盡心、努力，盡量不使你失望，這很難做到，但還是要努力。