如何为便携式系统选择电容和电感元件(下)

选择电感

为便携式电源应用选择电感，需要考虑的最重要的三点是：尺寸大小、尺寸大小，第三还是尺寸大小。移动电话的电路板面积十分紧俏珍贵，随着MP3 播放器、电视和视频等各种功能被增加到电话中时，尤其如此。功能增加也将增加电池的电流消耗量。因此，以前一直由线性调节器供电或直接连接到电池上的模块需要效率更高的解决方案。实现更高效率解决方案的第一步是采用磁性降压转换器。正如其名称所暗示的，这时需要一个电感。

电感的主要规格除尺寸大小外，还有开关频率下的电感值、线圈的直流阻抗(DCR)、额定饱和电流、额定rms电流、交流阻抗(ESR)以及Q因子。根据应用的不同，电感类型的选择DD屏蔽式或非屏蔽式DD也是很重要的。

类似于电容中的直流偏置，厂商A的2.2μH电感可能与厂商B的完全不同。在相关温度范围内电感值与直流电流的关系是一条非常重要的曲线，必需向厂商索取。在这条曲线上可以查到额定饱和电流(I_SAT)。I_SAT一般定义为电感值降量为额定值的30%时的直流电流。某些电感生产商没有规定I_SAT。他们可能之给出了温度高于环境温度40 ?C时的直流电流。

DCR引起传导损耗，在输出电流较高时影响效率。ESR随工作频率的提高而增加，在输出电流较小时影响占主导地位的开关损耗。ESR与Q因子成正比。相同频率下，低ESR电感的Q因子更高。在电感满足所有其它规格时，为什么系统设计人员还应考虑ESR和Q因子呢？

当开关频率超过2MHz时，必需格外关注电感的交流损耗。规格说明书中列出比较的不同厂商的电感的I_SAT和DCR在开关频率下可能有极为不同的交流阻抗，导致轻负载下显著的效率差异。这一点对提高便携式电源系统中电池的寿命至为重要，因为系统大部分的时间是处于睡眠、待机或低功率模式下的。

由于电感生产厂商很少提供ESR和Q因子信息，设计人员应该主动向他们索取。厂商给出的电感与电流关系也往往只限于25 ?C，故应该索取工作温度范围内的相关数据。最坏情况一般是85 ?C。

图3给出了各种电感的交流阻抗与频率的关系。考虑一个降压转换器的例子，其规格参数如下：F_SW=2MHz，V_IN=5.5V，L=2.2 μH，V_OUT=1.5V，I=0 到600MA，ΔI=289MA (计算值)。

参见图3，2.2μH额定电感在低频下的DCR为0.2Ω，2MHz下的ESR为1Ω。电感引起的直流损耗和交流损耗可用下式计算：

DC损耗=I²×DCR

AC损耗=(dΔI²)/12×ESR

由上式可知，输出电流较高时，低频或直流损耗占主导地位；输出电流较低时，交流损耗占主导地位。ΔI是转换器的峰峰值纹波电流，在连续传导工作模式中，输出电流高和低时其幅度都一样。由数学计算可知，I=600MA时，电感总体损耗的91%是直流损耗；I=50mA时，电感总体损耗的93%是交流损耗。