第@@1章@@介绍了功率电感器特性的@@查看方法及@@工艺特点@@上的@@差异@@。
功率电感器是构成@@DC-DC转换器@@等电压@@变化电路@@的@@功能部件@@，因此@@其优劣和常数的@@选择需要符合@@DC-DC转换器@@的@@工作机制@@。本章@@介绍@@DC-DC转换器@@的@@工作机制@@和功率电感器的@@作用@@。
2.1 DC-DC转换器@@简介@@
DC-DC转换器@@是将一定范围的@@输入@@电压@@转换为@@恒定输出@@电压@@的@@电路@@总称@@。 其转换方式包括线性稳压器和开关@@稳压器@@。另外@@，电路@@配置@@因输入@@电压@@的@@升降而不同@@，存在@@多种类型@@。
图@@2-1 DC-DC转换器@@的@@定义@@
2.2 配置@@DC-DC转换器@@的@@必要性@@
只有电源@@电路@@需要配置@@@@DC-DC转换器@@。CPU、内存@@、LED等配件的@@运行需要各种@@DC电压@@。例如@@，移动设备@@的@@锂离子电池@@，其电池电压@@仅为@@@@3.7V。调整这@@些电压@@差需要配置@@@@DC-DC转换器@@。DC-DC转换器@@的@@应用非常普遍@@,几乎所有电子@@设备@@都需要使用@@。
图@@2-2 配置@@DC-DC转换器@@的@@必要性@@
2.3 DC-DC转换器@@的@@分类@@
DC-DC转换器@@分为@@线性稳压器和开关@@稳压器@@。
图@@2-3 DC-DC转换器@@的@@分类@@
2.3.1 线性稳压器的@@原理@@
线性稳压器采用最简单的@@方式@@，通过电阻分压转换电压@@@@。例如@@，希望将输入@@电压@@的@@一半转换为@@输出@@电压@@时@@@@，可使负载电阻和稳压器的@@可变电阻相同@@。
图@@2-3-1 线性稳压器的@@原理@@
本方式具有简单@@、低价的@@特点@@@@，但由于使用电阻@@，因此@@具有输入@@@@/输出@@的@@电位差越大@@，功率损耗也越大@@（效率降低@@）的@@缺点@@@@，从而导致移动设备@@等的@@电池使用时@@间缩短@@。部分设备@@还会配置@@冷却机构@@，以降低因功率损耗而产生的@@热量@@。因此@@，大多数情况用于功耗较低@@、输入@@/输出@@电位差较小的@@电路@@@@，而功耗较高的@@电路@@基本使用开关@@稳压器@@。
2.3.2 开关@@稳压器的@@原理@@
开关@@稳压器由开关@@@@188足彩外围@@app 、电感器和电容器等功能部件的@@组合电路@@构成@@。可通过快速切换开关@@的@@@@ON/OFF以调节输出@@电压@@@@，在@@理想状态下可实现无损耗电压@@转换@@。
图@@2-3-2 开关@@稳压器的@@原理@@
本方式分为@@绝缘型和非绝缘型@@。绝缘型开关@@稳压器采用输入@@电压@@@@（1次侧@@）和输出@@电压@@@@（2次侧@@）通过变压器实现绝缘的@@方式@@。转换高压电路@@时@@@@，用于防止触电或@@漏电事故@@。非绝缘型是相对于绝缘型的@@叫法@@，不使用变压器@@，是输入@@电压@@和输出@@电压@@@@之间未进行绝缘的@@方式@@。大部分使用电池的@@移动设备@@及@@车载设备@@的@@电压@@较低@@，因此@@使用@@非绝缘型@@DC-DC转换器@@。
本节介绍@@非绝缘型@@DC-DC转换器@@的@@使用示例@@和具体的@@工作机制@@。
2.4 DC-DC转换器@@的@@使用示例@@
下面介绍在@@智能手机@@和汽车@@中@@@@使用非绝缘型@@DC-DC转换器@@的@@示例@@。
2.4.1 案例@@介绍@@：智能手机@@
智能手机@@的@@以下配件使用@@DC-DC转换器@@
本节介绍@@数字电路@@电源@@@@@@@@、RF电路@@电源@@@@、显示电路@@电源@@@@@@的@@具体示例@@。
图@@2-4-1 智能手机@@中@@@@DC-DC转换器@@的@@应用点@@@@
1) 数字电路@@电源@@@@@@（PMIC*1）
数字电路@@主要指@@CPU、GPU、Memory等的@@电路@@@@。数字电路@@的@@特点@@是@@：比起@@3.6-3.8V的@@电池电压@@@@，驱动电压@@仅为@@@@0.8-1.8V。因此@@，需要配置@@降压型@@@@DC-DC转换器@@。所用@@DC-DC转换器@@的@@特点@@是@@：转换频率高@@、输出@@电流大@@。使用体积小@@、L电感值较低@@（L约为@@@@1uH）的@@功率电感器@@。
*1) PMIC：Power Management IC。用于需要配置@@多通道@@DC-DC转换器@@的@@多功能@@LSI、且配有多个@@DC-DC转换器@@和控制微机的@@@@IC。
图@@2-4-1-1 在@@数字电路@@中@@的@@使用案例@@@@@@@@
2) RF电路@@电源@@@@
继数字电路@@之后@@@@，较多使用@@DC-DC转换器@@的@@电路@@为@@@@RF电路@@。与@@DC-DC转换器@@相关的@@@@RF电路@@主要指包络跟踪@@IC (ET IC）、基带处理器@@、蓝牙模块@@、Wifi模块等的@@电路@@@@@@。以低于电池的@@电压@@驱动@@，因此@@需要配置@@降压型@@@@@@DC-DC转换器@@。DC-DC转换器@@的@@特点@@是@@兼有模块化类型@@，功率电感器及@@电容器配置@@于内部@@（L约为@@@@2.2uH）。
图@@2-4-1-2 在@@RF电路@@中@@的@@使用案例@@@@@@
3) 显示电路@@电源@@@@@@
智能手机@@显示屏也使用了@@DC-DC转换器@@。液晶显示器的@@@@LED背光及@@有机@@EL显示面板所需的@@电压@@高于电池@@，因此@@采用升压型@@DC-DC转换器@@。LED背光根据灯的@@数量调节输出@@电压@@@@@@。DC-DC转换器@@的@@特点@@是@@采用高耐压开关@@@@188足彩外围@@app ，因此@@难以设置为@@较高的@@转换频率@@。因此@@使用@@L电感值较高@@（L约为@@@@10uH）的@@功率电感器@@。
图@@2-4-1-3 在@@显示电路@@中@@的@@使用案例@@@@@@@@
2.4.2 案例@@介绍@@：汽车@@/Automotive
汽车@@普遍使用非绝缘型@@DC-DC转换器@@。汽车@@应用大致分为@@以下几种@@：
Power Train及@@Safety较多使用@@单路输出@@@@DC-DC转换器@@，Infotainment还会使用@@PMIC。与@@智能手机@@的@@@@主要差异为@@@@，运行电压@@较大@@，需将@@DC-DC转换器@@的@@输入@@电压@@调节为@@@@12V或@@48V。应用种类丰富@@，电感值根据用途会有较大差异@@。
使用功率电感器的@@主要应用@@
- Powertrain
- Safety
- Infotainment
- Comfort
- xEV System
图@@2-4-2-1 汽车@@中@@@@DC-DC转换器@@的@@应用点@@@@
本节介绍@@Safety中@@使用的@@@@ADAS、Head Lamp及@@Infotainment中@@使用的@@@@IVI案例@@。
1) ADAS、IVI电源@@
ADAS及@@IVI中@@，驱动应用所需电压@@低于电池@@，因此@@使用@@降压型@@@@DC-DC转换器@@。电源@@配置@@与@@智能手机@@或@@@@PC类似@@。应用实例@@：ADAS的@@摄像头和传感器@@、IVI的@@音响系统@@。DC-DC转换器@@的@@特点@@是@@：电压@@从@@12V降为@@@@3.3～5.0V，然后@@根据应用继续降压@@，通常构成@@1次和@@2次降压电路@@@@。
图@@2-4-2-2 在@@ADAS,IVI中@@的@@使用案例@@@@
2) Head Lamp电源@@
Head Lamp的@@LED照明主要使用升压型@@DC-DC转换器@@。根据灯的@@数量调节输出@@电压@@@@。DC-DC转换器@@的@@特点@@是@@：与@@智能手机@@的@@@@LED背光相同@@，使用电感值较高@@的@@功率电感器@@@@。
图@@2-4-2-3 在@@Head Lamp中@@的@@使用案例@@@@
2.5 DC-DC转换器@@的@@工作原理@@
下面介绍非绝缘型开关@@稳压器的@@工作机制@@。DC-DC转换器@@的@@结构分为@@降压型@@@@、升压型及@@升降压型@@@@。本节以降压型@@开关@@稳压器为@@例@@，对工作机制进行说明@@。
图@@2-5-1 降压型@@DC-DC转换器@@的@@基本图@@@@
图@@2-5-1为@@降压型@@开关@@稳压器的@@基本电路@@图@@@@。电路@@配置@@了@@1个功率电感器@@。SW1为@@ON时@@SW2为@@OFF，SW1为@@OFF时@@SW2为@@ON。 SW在@@ON/OFF之间切换时@@的@@电路@@变化如图@@@@@@2-5-2所示@@。假设功率电感器输入@@侧端子的@@位置为@@@@A点@@。
SW1为@@ON、SW2为@@OFF时@@，输入@@电源@@的@@电压@@将直接供给功率电感器@@，因此@@A点@@的@@电位与@@@@Vin相等@@。SW1为@@OFF、SW2为@@ON时@@，功率电感器与@@输入@@电源@@断开@@，并连接到@@GND。因此@@A点@@的@@电位与@@@@GND相等@@。
图@@2-5-2 开关@@ON/OFF时@@的@@工作原理@@
这@@2种状态因转换动作而重复@@，功率电感器的@@输入@@侧@@（A点@@）电压@@在@@@@Vin[V]与@@0[V]之间交替重复@@。功率电感器的@@输入@@侧@@被施加振幅@@Vin的@@脉冲电压@@@@。
为@@了向输出@@侧供给恒压@@，功率电感器应如何工作@@？功率电感器和平滑电容器构成了@@LC低通滤波器电路@@@@。输入@@侧施加的@@脉冲电压@@@@经过@@LC电路@@的@@平滑化处理后@@输出@@@@。如此考虑就容易理解恒压输出@@机制@@。
图@@2-5-3所示@@为@@进行转换动作时@@@@A点@@电压@@与@@@@Vout的@@关系@@。上图@@表示@@SW1为@@ON的@@时@@间占@@50%，即@@占空比为@@@@50%。对此时@@@@的@@电压@@进行平滑化处理后@@@@，50% Vin的@@Vin/2将作为@@输出@@电压@@@@Vout输出@@。下图@@所示@@为@@占空比@@25%的@@情况@@。25% Vin的@@Vin/4将作为@@输出@@电压@@@@Vout输出@@。 即@@，输出@@电压@@越高占空比也越高@@，反之亦然@@。开关@@稳压器可通过更改转换的@@占空比@@，控制各种电压@@值后@@进行输出@@@@。
图@@2-5-3 降压型@@DC-DC转换器@@的@@电压@@控制图@@@@
根据上述分析@@，可以认为@@通过开关@@控制能对输出@@电压@@进行控制@@。但在@@选择功率电感器之前@@，必须了解功率电感器的@@规格将对效率和噪声产生何种影响@@。为@@此需要对电感器的@@电流进行说明@@。
下面谈一谈电感器电流@@。 如上所述@@，功率电感器可对脉冲电压@@进行平滑化处理@@，此外还有一个重要作用@@，它取决于电感器的@@自感特性@@。如图@@@@2-5-2所示@@，SW1为@@ON时@@输入@@侧供给的@@电流为@@@@Iout，SW1变为@@@@OFF后@@，输入@@电源@@立刻断开@@，从而无法供给@@Iout。功率电感器可以解决这@@个问题@@。电感器具有自感特性@@，会沿着阻碍电流变化的@@方向产生感应电动势@@。因此@@，即@@使电感器上施加的@@电压@@消失@@，也可确保继续产生电流@@。
图@@2-5-4 功率电感器的@@电压@@电流波形@@
图@@2-5-4为@@DC-DC转换器@@工作时@@@@，功率电感器的@@电压@@波形和电流波形@@。SW1为@@ON时@@，输入@@电源@@通电@@，电感器产生电流@@。此时@@@@，电流随时@@间增加而上升@@，积蓄的@@能量也随之增加@@。SW1为@@OFF时@@，输入@@侧电压@@变为@@@@@@0[V]，根据电感器的@@特性@@，电流不立即@@消失@@，而随时@@间增加而逐渐减少@@。也可认为@@@@SW1为@@ON时@@积蓄的@@能量在@@@@OFF时@@释放@@。
功率电感器使电流连续产生@@，呈现三角波形@@。流经电感器的@@三角波电流振幅公式@@如下@@。
上式的@@各项参数如何影响工作电流波形@@？
本公司曾发布@@web工具@@“DC-DC转换器@@辅助设计工具@@@@”。该工具@@可以选择符合@@DC-DC转换器@@运行条件的@@功率电感器@@和多层陶瓷电容器@@。下面介绍使用本工具@@后@@@@，各种参数对@@DC-DC转换器@@的@@运行产生何种影响@@。
图@@2-5-5 DC-DC转换器@@辅助设计工具@@@@示例@@
按以下方式设置标准条件@@@@，模拟各参数变动时@@@@的@@情况@@@@。（将模拟工具@@的@@计算结果导出为@@@@CSV文件后@@@@，根据该文件生成图@@表@@。）
＜标准条件@@＞
Vin：3.6V
Vout：1.8V
周波数@@：2MHz
Iout：1.5A
L：1.0μH
Vin、Vout是决定电感器电压@@大小和占空比的@@参数@@。改变@@Vout后@@，电压@@波形随之变化@@(图@@2-5-6)。改变@@其他参数后@@@@，频率发生变化@@，但电压@@大小和占空比不变@@。电压@@变动后@@@@，电流波形随之变化@@。
如果@@Vin、Vout设为@@较大值@@，则时@@间变化后@@电流变化量也呈增大趋势@@，纹波电流@@⊿I变大@@。
电感或@@频率变动时@@@@电压@@不变@@，但纹波电流@@会受到影响@@。电感增大会抑制电流变化@@，因此@@纹波电流@@将变小@@(图@@2-5-7)。频率增加会使@@1个循环的@@时@@间变短@@，因此@@纹波电流@@将变小@@(图@@2-5-8）。
Iout变动时@@@@，三角波电流的@@波形不变@@，但电流平均值会随@@Iout的@@大小而变化@@（图@@2-5-9)。
图@@2-5-6 Vout变动时@@@@的@@电压@@电流波形@@
图@@2-5-7 电感变动时@@@@的@@电压@@电流波形@@@@
图@@2-5-8 频率变动时@@@@的@@电压@@电流波形@@@@
图@@2-5-9 Iout变动时@@@@的@@电压@@电流波形@@
功率电感器的@@电压@@和电流波形取决于@@DC-DC转换器@@的@@各条件和功率电感器的@@电感@@。
1.2节对电感和直流叠加特性进行了说明@@。如果@@电感过低@@，则纹波电流@@将变大@@@@，如果@@直流叠加特性不佳@@，会在@@通入大电流时@@导致电感降低@@，从而使纹波电流@@增加@@。此类电感器的@@规格对@@DC-DC转换器@@的@@运行产生较大影响@@。
第@@2章@@对@@DC-DC转换器@@的@@种类和工作机制进行了说明@@。
要掌握功率电感器的@@必要特性@@，应了解工作机制和电感器电流的@@波形@@，这@@一点@@非常重要@@。