本系列文章是筆者總結多年工作經驗，結合理論與實踐進行整理備忘的筆記。希望能在幫助自己溫習整理避免遺忘的同時，也能幫助其他需要參考的朋友。筆者會不定期進行查漏補缺。如有謬誤，歡迎大家進行指正。
一、設計要點
1.電流降額建議按照1-10%-電感精度進行，主要設計引數是按照飽和電流進行降額；
2.功率電感的感值、飽和電流、溫升電流通常和尺寸正相關，因此用較大體積的電感，選型上會相對容易；
3.功率電感的DCR通常和電感感值正相關，因此從電感值較小的電感中更容易找出DCR較小的物料，有助於減少電阻損耗提高效率，另一方面小感值帶來更大的電流波動，磁芯損耗會更大，一般前者收益會高過後者損耗，小感值在效率上的收益更高，最好以實測資料為準；
4.小感值可以實現更快的動態響應，對一些負載波動比較劇烈的場景更小的電感值可以實現更好的動態效能；
5.弱驅動訊號，儘量遠離功率電感，包括相鄰層、電感兩端網路的通孔等，例如高電平只有上拉的I2C、PCIe的CLKREQ等訊號；
6.工字電感漏磁較多EMI風險更大、扁線電感在相同體積下可以實現更小DCR、；
7.電感的磁芯損耗通常比較難以預估，如果供應商提供模擬資料可以進行參考，如果沒有一般電阻率高、磁導率低的磁芯材料可以帶來更小的磁芯損耗，代價是體積可能更大、電流引數更小；
8.在特定工作調節下，可能出現電感嘯叫的現象，可以採用調整工作頻率、點膠、調整堆疊位置等方案減輕嘯叫的影響；
二、要點說明
1.電感結構
電感是一種電路元件，它可以在自身磁場中儲存能量。當電流增加，磁場就會增強。電感是把電能轉化為磁能而儲存起來的元件，它只阻礙電流的變化，有通電與未通電兩種狀態，如果電感器在沒有電流透過的狀態下，電路接通時它將試圖阻礙電流流過它；如果電感器在有電流透過的狀態下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。
電感是採用絕緣線繞成線圈形成的。線圈可以是不同的形狀和尺寸，也可以使用不同的芯材纏繞。 電感的大小則取決於匝數、磁芯尺寸和磁導率等多種因素。
電感公式：L=uAN^2/I
u，磁導率；
A，線圈面積；
N，線圈匝數；
I，線圈長度；
磁導率主要與磁芯材料和磁場迴路結構（氣隙分佈等因素）有關，空氣的磁導率約為1，鐵約為50150，鎳鋅鐵氧體材料的磁導率範圍在40150，錳鋅鐵氧體材料的磁導率範圍在300~20000。其他設計相同的情況下，無磁芯材料的空心線圈電感的感值遠小於有磁芯材料的電感。
2.引數解釋
a.電感值 (L)
電感將感應的電能儲存為磁能的能力透過電感值來體現。在開關輸入電壓驅動電感的同時，電感要為輸出負載提供恆定的直流電流。其定義公式為：
L=V/（di/dt）
V，電感兩端壓降；
di/dt，流經電感的電流變化率；
需要注意的時，不同頻率、不同電流下電感值並不是恆定的，一般功率電感的規格書在給出電感值時都會註明測試除錯。
b.直流電阻（DCR）
直流電阻，就是繞組導線兩端的電阻，可以按照一般電阻公式來計算：
R=ρ*l/A
R，直流電阻；
ρ，電阻率；
l，繞組導線長度；
A，繞組導線截面積；
一般情況下，直流電阻是電感損耗的主要來源，所以DCR越小越好。DCR往往和電感值正相關，所以選型時小感值電感的優勢主要體現在這裡。扁線繞組比圓線繞組具有更小的DCR。
c.交流電阻（ACR）
由於臨近效應和趨膚效應，交流電流流經的電阻與繞組的直流電阻不完全一樣，頻率越高差異越大，一般計算時可以用DCR和電流有效值進行簡單估算得到全部導線損耗（Wire Loss）。
d.溫升電流 (Irms）
溫升電流是指使電感溫度升高規定的量所需的直流電流。溫升 (ΔT) 不是一個標準值，但通常在 20K 至 40K 之間。溫升電流是在室溫開放環境中測到，實際應用時一般會加上散熱措施，並且出現溫升也不一定會使電感損壞，導致這個引數的參考意義有限。如果不採取散熱措施的場景，可以根據這個引數評估設計的溫升風險。一般尺寸越大，溫升電流也越大。
e.飽和電流（Isat）
飽和電流是指電感值在下降到一定的百分比之前，電感可以支援的直流電流。 每個電感的參考百分比電感下降值都是唯一的。通常，製造商將該值設定在 20% 到 35% 之間，這會使電感的比較變得很困難。但資料手冊通常會提供一條曲線，顯示電感如何隨直流電流變化。利用這條曲線可以衡量整個電感範圍，以及它如何響應直流電流。
因為直流電流越大，電感值下降越多，我們看到的流經電感的三角波形，實際上斜邊並不是真正的直線，斜率絕對值隨電流增大而增大。直流飽和電流取決於溫度和電感磁性材料及其磁芯結構。不同的結構和磁芯都會影響Isat值。
確保電感工作電流不超過飽和電流至關重要，因為超過飽和電流後，電感值會急劇下降，電流波形也會急劇增加，電感溫度劇烈上升。
鐵氧體磁芯是最常見的，其特點是具有硬飽和曲線，超過飽和電流後感量下降特別劇烈。合成塑封電感在溫度/電流變化時感量下降穩定，具有軟飽和特性。
藍色曲線為典型的合成塑封電感軟飽和示例；紅色曲線為典型的 NiZn/MnZn 磁芯電感硬飽和示例。
f.自諧振頻率（fR）
由於功率電感存在寄生電容和直流電阻，也存在自諧振現象，在諧振頻率之下，阻抗處於最大值，有效電感為0。其模型如下
在諧振頻率下，負容抗 (Xc) 等於正感抗 (XL), ，其值可透過公式估算：
j2ΠfL=1/(j2ΠfC)
f=1/2Π\sqrt[2]{LC}
電感在諧振頻率 (fR)之前具有電感特性（如下圖中的藍色曲線所示），因為頻率增加，阻抗增高，呈現電感特性。超過諧振頻率之後（如下圖中的紅色曲線所示），電感則顯現出阻抗減小的電容特性。超過這一點之後，電感也不會按預期工作。
功率電感的實際應用中，通常無需特意考慮自諧振頻率的影響。部分設計指導建議挖空電感下方銅皮，以減小寄生電容，提高自諧振頻率，獲得更好的電感特性。因為工作頻率和自諧振頻率往往相差十倍以上，這點措施僅僅有很小的最佳化，但是對於佈線難度、EMI、訊號干擾等方面帶來的問題可能更多，無需教條地遵守。
g.品質因素（Q）
品質因數為無功功率與有功功率的比值，即一個工作週期中電感儲存/釋放的能量與自身損耗的能量之比，顯然Q越大效能越好，功率電感的選型中一般不太考慮這個引數，而更多關注具體的損耗。主流電感供應商的模擬引數都會給出這個值，可以作為選型參考。
3.電感的損耗
電感的損耗由線圈損耗（Wire Loss）和磁芯損耗(Core Loss)兩部分組成。線圈損耗，又叫銅損，包括直流損耗和交流損耗，前面介紹直流電阻和交流電阻進行了介紹，計算時可以按照DCR和電流有效值進行估算。磁芯損耗，又叫鐵損，包括磁滯損耗、渦流損耗、剩餘損耗。
a.磁滯損耗
磁芯被磁化時，一部分能量為磁場的勢能，在外加電壓去掉後，這部分勢能轉換為電能，使得電感線圈的電流保持連續，而不是跳變為零。另一部分能量驅動磁疇磁疇克服阻尼跟隨磁場強度變化而轉動，這部分能量會變成熱量耗散掉。由於磁疇之間的相互作用和磁矩轉動的阻尼，磁疇的轉動不會立即跟隨磁場的變化而變化，而是會有一定的滯後，想要恢復到相同的磁疇狀態需要更大的磁場變化量，也就是磁滯特性。這部分損耗被稱為磁滯損耗。磁滯回線如下
磁化曲線中陰影部分的面積代表了在一個工作週期內，磁芯在磁化過程中由磁滯現象引起的能量損耗。如上圖可知，影響損耗面積大小几個引數是：最大工作磁通密度B、最大磁場強度H、剩磁Br、矯頑力Hc，其中B和H取決於外部的電場條件和磁芯的尺寸引數，而Br和Hc取決於材料特性。電感磁芯每磁化一週期，就要損耗與磁滯回線包圍面積成正比的能量，頻率越高，損耗功率越大，磁感應擺幅越大，包圍面積越大，磁滯損耗越大。
b.渦流損耗
在磁芯線圈中加上交流電壓時﹐線圈中流過激勵電流﹐激磁安匝產生的全部磁通Φi在磁芯中透過﹐如下圖。磁芯本身是導體﹐磁芯截面周圍將鏈合全部磁通Φi而構成單匝的副邊線圈。
渦流電勢只和面積、繞線匝數、電感電流等引數相關，顯然，磁芯的電阻率越高，渦流電阻越大，渦流損耗相應越小。
c.剩餘損耗
剩餘損耗是由於磁化弛豫效應或磁性滯後效應引起的損耗。所謂弛豫是指在磁化或反磁化的過程中，磁化狀態並不是隨磁化強度的變化而立即變化到它的最終狀態，而是需要一個過程，這個‘時間效應’便是引起剩餘損耗的原因。它主要是在高頻1MHz以上一些馳豫損耗和旋磁共振等，在開關電源幾百KHz的電力電子場合剩餘損耗比例非常低，可以近似忽略。
為了減小電感的磁芯損耗，可以採取以下措施：
1）選擇低損耗磁芯材料：選擇具有高電阻率、低矯頑力、低磁滯損耗和低渦流損耗的磁芯材料，如鐵氧體、奈米晶材料等。
2）最佳化磁芯結構：透過減小磁芯的間隙、增加磁芯的層數、最佳化磁芯的形狀和尺寸等措施，提高磁芯的磁導率，減小磁芯中的渦流損耗和磁滯損耗。
3）控制工藝過程：在磁芯的製造過程中，嚴格控制工藝引數，如燒結溫度、時間、氣氛等，確保磁芯材料的效能穩定和一致。
4）最佳化電路設計：透過合理的電路設計，減小電感器在工作過程中產生的磁場變化範圍和頻率，從而減小磁芯損耗。
對於磁芯材料的導磁率，一般來說低導磁率可以減少磁芯損耗，但是導磁率太低電感感值難以做大，或者需要更大的體積。對於具體的功率電感而言，磁芯損耗是個工程上很難精確預估的變數，一般可以參考廠家的實測資料/模擬資料，或者參考相同尺寸/磁芯材料/感值的物料的引數。
4.電感嘯叫
電感嘯叫也是工程上經常容易遇到的問題，電感嘯叫由於電感振動產生，當振動頻率在人耳聽力範圍20Hz~20kHz之間，且振動幅度較大時，就會發出人耳能聽到或者被MIC裝置當成聲音取樣到的嘯叫。電感振動的原因包括如下幾點：
a.磁性體磁芯磁致伸縮（磁應變）作用
對磁性體施加磁場使其磁化後，其外形會發生細微變化。該現象稱為"磁致伸縮"或"磁應變"。以鐵氧體等磁性體為磁芯的電感器中，繞組所產生的交流磁場會使磁性體磁芯發生伸縮，有時會檢測到其振動聲。在磁性體上繞有線圈的狀態下流過電流，當施加所產生的交流磁場時，磁性體將會反覆伸縮，併產生振動。為此，在功率電感器中，無法完全消除磁致伸縮所導致的磁性體磁芯振動。功率電感器單體振動水平雖小，但當貼裝至基板上時，若其振動與基板的固有振動數一致，則振動將會被放大，從而會聽到嘯叫。
b.磁性體磁芯磁化導致相互吸引；
磁性體被外部磁場磁化時將會表現出磁鐵性質，從而與周圍磁性體相互吸引。圖6所示為全遮蔽型功率電感器示例。此為閉合磁路結構的功率電感器，但鼓芯與遮蔽磁芯(環形磁芯)間設有間隙，噪音有時會從該處發出。繞組中流過交流電流時，因產生的磁場而被磁化的鼓芯與遮蔽磁芯將會因磁力而相互吸引，若該振動在人耳可聽頻率範圍內時，則會聽到噪音。
鼓芯與遮蔽磁芯之間的間隙透過粘接劑進行封閉，但為了防止因應力產生開裂，因此不會使用較硬的材料，從而無法完全抑制因相互吸引所導致的振動。
c.漏磁通導致繞組振動；
不帶有遮蔽磁芯的無遮蔽型功率電感器中，不會因前述鼓芯與遮蔽磁芯磁化導致的相互吸引而產生嘯叫。但在無遮蔽型產品中會發生其他問題。由於無遮蔽型產品為開放磁路結構，因此漏磁通會對繞粗產生作用。由於繞組中會流過電流，因此根據佛來明左手定則，力會作用於繞組上。為此，當交流電流流過繞組時，繞組本身會發生振動，從而產生嘯叫。
同時，由於如下原因嘯叫噪聲被進一步放大，使得電感嘯叫現象變得更加明顯：
d.電感與其他元件接觸；
在高密度貼裝有多個電子元件及裝置的電源電路基板中，若電感器與其他元件接觸，則電感器的微小振動將會被放大，從而會聽到嘯叫。
e.漏磁通導致對周邊磁性體產生作用；
當電感器附近存在遮蔽罩等磁性體時，磁性體會因電感器漏磁通影響產生振動，從發生嘯叫。
3）與包括基板在內的元件整體固有振動數一致；
通常情況下，用於電感器等產品中的小型磁性體磁芯單體，其磁致伸縮導致的空氣振動基本不會被識別為嘯叫。但電感器由多個部件組合而成，且貼裝於基板上時，將會產生多個人耳可聽頻率的固有振動數，該振動放大後便會形成嘯叫。同時，若與元件整體的多個固有振動數相一致時，在安裝至元件中之後有可能會發生嘯叫。
電感嘯叫問題的改善措施包括：
1）調整電感的工作頻率，避開人耳可聽到的頻率範圍；
2）功率電感周圍避免放置磁性體；
3）錯開單板結構的共振頻率；
4）儘量使用較小尺寸的電感，較大尺寸的電感更容易產生嘯叫；
5）採用一體成型電感或工字電感，避免鼓芯和環形磁芯之間的吸引振動；
6）採用磁致伸縮更小的磁芯材料製作的電感。
5.功率電感選型的注意事項
前面我們對功率電感的一些特性進行了介紹，選型需要注意的事項如下：
1）
2）
3）電流引數重點關注飽和電流，一般按照峰值電流相對飽和電流降額係數1-10%-電感精度，10%為預留餘量，常見的20%精度電感，降額係數為70%；
4）