电感器设计流程和见解

　　电感器的设计是在 1927 年使用汉纳曲线等试错法完成的 [1]。后来引入了面积积法和磁芯几何常数法等更可靠的设计技术。
　　电感拓扑
　　为了分析这些方法，建立了电感器的等效磁路模型，并研究了各个元件之间的关系。
　　电感器的设计受电气、机械和热要求的制约。一般而言，任何电感器的设计都涉及以下步骤
　　磁芯材质选择
　　磁芯形状选择
　　磁芯尺寸选择
　　绕组线选择
　　对于开关模式电源转换器系统，电感器通常在线性区域内工作。由于闭环动态受电容和电感值控制，因此电感值应尽量小。此外，电路中的电感值决定了电路的工作模式。这意味着设计大电感值以防止在非连续传导模式下工作。

　　同样，为了确保动态性能，电感在较高负载下应较小，反之亦然。当所有这些都是设计的关键要求且不能妥协时，则采用非线性电感器代替线性电感器。图 2 显示了非线性电感器特性的示例。

　　图 2. 非线性电感器特性示例
　　电感器关键元件和概念
　　磁线是指主要由铜制成并涂有绝缘聚合物层的漆包线。绕组由各种形状的磁线制成，包括圆形或方形横截面、矩形箔，甚至绞合线。
　　裸铜线表面使用绝缘层来防止短路或击穿。磁芯用于限制和引导磁场，几何形状和磁性材料的选择取决于预期应用的要求。
　　磁芯材料的选择取决于：
　　工作频率
　　显著谐波
　　相对磁导率
　　磁通密度峰值
　　磁通密度的振幅由温升限度决定
　　根据设计约束条件选择铁氧体材料和铁粉材料
　　的选择取决于以下要求：
　　尺寸
　　形状
　　体积
　　绕线窗口注意事项
　　气隙
　　绕组导体的选择取决于以下要求：
　　导体形状
　　导体尺寸
　　绝缘
　　层数
　　每层匝数 [2]
　　设计流程和见解
　　电感器的设计取决于特定应用的要求，可以使用法拉第方程来确定。在谐振电路的情况下，电感可以通过频率和品质因数来确定。
　　为了使用面积积法，在计算窗口因数和波峰因数时，电感器磁芯必须处理的能量用于确定面积积值。然后，估算绕组细节——包括所需导线的横截面积、气隙、每层的匝数等。进行简要检查以验证基于面积积不等式要求的磁芯和绕组尺寸计算。在文献中可以找到用于计算目的的更多细节、推导和方程，包括参考文献 [1] 和 [2]。
　　由于磁芯的磁导率并非恒定不变，设计可能无法提供准确的电感值。可以通过调整气隙来实现微调。有些铁氧体磁芯的气隙已预先调整，可以直接使用，并根据电感系数要求进行调整。
　　值得注意的是，对于电感器，气隙是在铁芯组装时设计的不同类型的叠片之间加入的，气隙长度在很大程度上取决于铁芯的几何形状。绕组导线尺寸的选择也取决于目标铜损和允许的电阻值。