一、功率电感在开关电源中的作用

功率电感是开关电源（Switching Power Supply, SMPS）中最核心的储能和滤波元件之一，其主要作用包括：

1. 储能作用

• 在开关管导通期间，电感储存能量；在开关管关闭期间，电感释放能量给负载。

• 保持负载电流的连续性，保证输出电压稳定。

• 核心原理：$E = \frac{1}{2} L I^2$，电感越大，储能能力越强。

2. 滤波作用

• 减小开关电源输出纹波电流和纹波电压。

• 滤除开关频率及其谐波，提高输出电源质量。

• 常用于 电感-电容 (LC) 滤波 结构。

3. 限流与保护作用

• 电感对电流变化有阻碍作用，可抑制短路或浪涌电流。

• 在同步整流或Boost、Buck等拓扑中起到电流平滑和保护作用。

二、功率电感的关键参数

选择功率电感时，需要关注以下几个关键参数：

三、功率电感在不同开关拓扑中的应用差异

1. Buck（降压）电路

• 功率电感串联在输出端。

• 主要功能：储能、降低纹波电流、平滑输出。

• 选型公式：

$$\Delta I_L = \frac{V_{in} - V_{out}}{L} \cdot D \cdot \frac{1}{f_s}$$

• 注意饱和电流应大于峰值电流。

2. Boost（升压）电路

• 电感串联在输入端。

• 作用：在开关导通期间储存能量，关闭期间释放到负载。

• 电感峰值电流：

$$I_{L,peak} = I_{out} / (1 - D) + \Delta I_L / 2$$

3. Buck-Boost、SEPIC等复杂拓扑

• 电感既承受输入纹波又影响输出纹波，需要综合考虑感值、饱和电流、直流电阻。

• 高频开关时，应选铁氧体芯以降低磁芯损耗。

四、功率电感选型要点

1. 额定电流和饱和电流优先

• Irms ≥ 最大负载电流

• Isat ≥ 峰值电流（含纹波和浪涌）

2. 感值与纹波平衡

• 大感值 → 低输出纹波，但体积大、成本高

• 小感值 → 高纹波，可能需要后级滤波电容补偿

3. DCR与效率优化

• 尽量选择低DCR绕组，减少铜损发热

• 多股线或扁线可以降低DCR

4. 温升与可靠性

• 高功率应用需考虑温升 ≤ 40–50℃

• 确保绝缘等级满足环境温度

5. 磁芯材料与频率匹配

• 高频开关（>500kHz） → 铁氧体芯

• 大电流低频 → 铁粉芯

五、设计实践建议

1. 计算纹波电流与输出纹波，确定最优感值。

2. 留裕量：额定电流、饱和电流各留 20–30% 余量。

3. 考虑散热：SMD功率电感需铺铜或加散热片。

4. 仿真验证：使用SPICE/PSIM仿真纹波和温升，确保设计可靠性。

5. 关注成本与体积：高性能电感可能价格高，要平衡经济性与性能。