关于电感器的性能分析和介绍

其中的电感量（Inductance）一栏给出了2.2µH±20%的规格，但它的测试条件却是10kHz/100mV，从这个条件猜测这个参数是用普通的LCR测试仪采用谐振法来进行测试的。这样的测试条件和具体的工作条件可能是差很远的，为什么呢？很简单，普通的DC/DC转换器通常都工作在几百kHz至几MHz，所加电压通常也是从0.xV至几十V，换算为电流则常常从几百mA到几个A，在这些条件下，这个电感量还会是准确的吗？

思考之下的发现从规格书中就开始了，这份规格书给出了如下信息：

果然，当电流不同的时候，电感量是不同的。在上面的参数表中规定：当电感量变化量达到-10%时，这个电感已经被判定为饱和了，此时的电流为3.38A（典型值）。

实际上，随着电流的增长，电感器的电感量会有一个很大的变化范围，下面的这幅图来自电感器制造商伍尔特，其中的数据全部来自实际的电感器测试资料，供你参考：

电感器的核心材料是铁粉芯，当流过线圈的电流生成磁场时，磁场激发出的铁粉芯中的磁感应强度增加，但是随着电流和磁场的增长，由此激发出的磁感应强度的增长越来越少，直至内部磁畴全都向着同一方向时，磁感应强度就再也无法增长了，这种现象被称为饱和，此时的电感量将急剧下降，同一电压下的电流增长速度将急剧增加，但却不能作为磁能储存下来。在Buck应用中，这种多出来的电流在通过电感时使得电感发热量大增，同时又流入输出电容和负载，因而在负载端表现出巨大的电压纹波，可能对负载的工作产生巨大的影响。如果这样的状况出现在Boost应用中，这个电路几乎就一定会崩溃了，由于输入的电能不能转化为传递到输出端的能量，占空比将持续增加，使整个状况越来越恶化，最后一定是不可收拾的，控制部分及时介入进行保护才可能避免最坏的情况发生。

热量的累积会使电感器温度升高，温升又会造成磁场转化为磁感应强度能力的降低，所以，一个电感器容许的温升总是很有限的。在上面的资料中看到，这款电感器40k温升时的电流为2.5A，或者说是2.5A的电流就能造成40k的温升。

电感器温度的升高很容易造成一个问题的发生：线圈的绝缘受到破坏。我们能够容易地测量到的电感器温度都是电感器的表面温度，它的内部温度通常来说更高，线圈绝缘层在高温作用下熔化以后，很容易就会出现匝间短路，而电感量是与线圈的匝数的平方成正比的，这将造成灾难性的后果，上述的所有问题都会进一步恶化，还会带来别的连带问题。

我们都知道DC/DC转换器会有过流保护这一功能，会在侦测到电感电流达到过流保护阈值时及时关断开关，但是从侦测到过流到执行完关断动作之间总是需要一定的时间的，如果电感量太小而使电流增长速度太快，这段执行的时间里电流就可能增长到IC无法承受的程度，IC的损坏也就是顺理成章的了。

其实还有一个因素会使得电感太小所带来的影响扩大化，这可能是不太被注意的。每一次DC/DC开关动作都会带来一些电路中的电流切换过程，这个过程可能会带来极大的电路噪声，为了避免这些噪声的影响，IC的设计中可能会在开关动作以后插入一个不进行电流测量的时间段，太小的电感可能让电感电流在这段时间里就增长到IC无法承受的程度。

由于电感量的变化可能带来IC的损坏，所以这种损坏并不是在电感出问题的情况下就一定会发生，但其损坏几率会低于电感出问题的几率。如果在实践中看到电感问题数量高于IC问题数量，那一定是电感出问题了，把精力花在查找IC问题上只是在浪费时间而已。

在上面探讨的过程中，我们的焦点集中在电流的强度以及其相关的影响上，下面探讨电流的变化及其影响。

上图中，变化的电流流过线圈，由此形成的穿过内导体的磁场也是变化的，围绕内部磁力线的导体中会生成感生电动势并形成电流，它们就像一个个的小漩涡一样，因而被称为涡流。这些涡流自然也是一种能量形式，因而会在导体中形成热量，我们所用的电磁炉就是利用这个原理来实现电热转换的。电流的变化速度越快，感生电动势就越大，最后形成的涡流也越大，其发热量也越大。

电感器铁粉芯的主要材质是铁，这是一种典型的导体，既能导磁，也能导电，所以成为了磁性材料的主力，但也因为其导电能力而导致了涡流问题。铁粉作为电感器来使用的时候，由磁滞特性所带来的问题是一种功率损耗，涡流问题带来的也是一种损耗，前者称为磁损，后者称为铁损。降低损耗的方法是在铁粉中加入不同的元素以改变其特性，但也因为所加材料的不同而有不同的性能，有的铁心适合在低频下工作，有的铁心适合在高频下工作，它们也同时具有不同的成本结构。当把只适合在低频下工作的电感器使用在高工作频率下时，电感器的损耗太高，温升就会比较高，这样会加重电感量衰减的作用。参看下图可以了解工作频率和电流（它最后转化为磁感应强度B）对铁芯损耗的影响。

由于各种原因造成的电感问题都会造成温升提高，使用中很简单的做法就是测量不同电感器在现场的温度升高状况，电感器的品质状况或者说选型是否恰当的问题很容易就能被看出来了。

在电感电流波形的测量中，如果一个电感器进入了饱和状态，其电流就会发生急剧升高的状况，其波形看起来会有极高的斜率，会与电感没有饱和的时候有非常明显的差异，很容易就能被鉴别出来。

如果想看看实际电路中的电感量，这可以通过简单的测量和计算获得，因为我们有数学公式作为基础：

用示波器测量出t1到t0时间段电感两端的电压差和电流增加值，很容易就可以推算出电感量了。示波器测量虽然存在很大的测量误差，但对于判断那些比较明显的问题来说其精度已经足够了。