当设计师考虑无源设备时，他们会考虑电感电容的生产容量，通常是± 20% 或±10%。这在理论上是正确的，但在实际应用中却不是。本文介绍了系统设计师必须了解的一些容易影响电容电感的参数和知识，并讨论了如何选择最小但最高效的便携式电源系统解决方案的外部元件。
选择电感作为便携式电源应用，最重要的三点是：尺寸、尺寸、尺寸、尺寸。移动电话的电路板面积十分紧俏珍贵，随着MP3 特别是当播放器、电视和视频等功能被添加到电话中时。增加功能也会增加电池的电流消耗。因此，以前由线性调节器供电或直接连接到电池的模块需要更有效的解决方案。磁降压转换器是实现更高效解决方案的第一步。正如它的名字所暗示的，此时需要电感。
除尺寸外，电感的主要规格还包括开关频率下的电感值和线圈的直流阻抗(DCR)、额定饱和电流，额定rms电流、交流阻抗(ESR)以及Q因子。根据不同的应用程序选择电感类型――屏蔽或非屏蔽――也很重要。
类似于电容中的直流偏置，厂商A的2.2μH电感可能与制造商B完全不同。电感值与直流电流的关系是相关温度范围内非常重要的曲线，必须向厂家索取。额定饱和电流可以在这条曲线上找到(ISAT)。ISAT当电感值降量为额定值的30%时，一般定义为直流电流。一些电感制造商没有规定ISAT。他们可能给出温度高于环境温度40 ?C直流电流。
DCR当输出电流较高时，会造成传导损失，影响效率。ESR随着工作频率的增加，开关损耗受到输出电流的影响。ESR与Q因子成正比。频率相同，低ESR电感的Q因子更高。当电感满足所有其他规格时，系统设计师为什么要考虑？ESR和Q因子呢？
当开关频率超过2时MHz必须特别注意电感的交流损失。规格说明书中列出了不同厂家的电感比较ISAT和DCR在开关频率下，可能会有非常不同的交流阻抗，导致轻负载下的显著效率差异。这对于提高便携式电源系统中电池的寿命至关重要，因为系统大部分时间都在睡眠、待机或低功率模式下。
由于电感制造商很少提供ESR设计师应主动向他们索取Q因子信息。制造商给出的电感和电流关系通常仅限于25 ?C，因此，应在工作温度范围内索取相关数据。最坏的情况通常是85oC。
图3显示了各种电感的交流阻抗和频率之间的关系。规格参数如下：FSW=2MHz，VIN=5.5V，L=2.2 μH，VOUT=1.5V，I=0 到600MA，ΔI=289MA (计算值)。
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参见图3，2.2μH低频下的额定电感DCR为0.2Ω，2MHz下的ESR为1Ω。可以以下方式计算电感造成的直流损耗和交流损耗：
DC损耗=I2×DCR
AC损耗=(dΔI2)/12×ESR
输出电流高时，低频或直流损耗占主导地位；输出电流低时，交流损耗占主导地位。ΔI它是转换器的峰值纹波电流，在连续传导工作模式下，当输出电流高低时，其幅度相同。从数学计算可以看出，I=600MA总电感损耗的91%为直流损耗；I=50mA时，电感总体损耗的93%是交流损耗。
图4a (ESR) 和 4b (Q)给出了厂商A(低 ESR，高Q值)和厂家B(高ESR，低Q值的电感也显示了使用这些电感(图4c) 的2MHz转换器的效率曲线。从这些数据来看，即使制造商A有更高的效率DCR，它还能在轻负载下提供更高的效率。
屏蔽或非屏蔽电感器可根据不同的应用程序选择。一般来说，屏蔽电感器用于那些必须严格满足要求的人EMI便携式应用标准化。
最后，根据不同的生产方式，有两种电感器。第一类是传统的绕线圈(Wire Wound coil)另一种是更新的芯片电感。芯片电感在尺寸和高度上的应用越来越广泛。PCB装配时的安装速度也是芯片(多层)电感制造商广泛宣传的优势之一。在选择开关解决方案时，系统设计人员必须考虑到芯片电感的某些关键规格。随着温度的变化，线圈电感和芯片电感的主要参数显著不同。图5显示了绕线圈电感和芯片电感的横截面示意图。
从图6可以看出，一般来说，饱和电流前线圈电感的电感-直流电流和温度关系曲线非常平坦。饱和电流后，随电流变化急剧下降。典型的，ISAT在85oC 时比25oC要低10%到20%。
25oC当芯片电感具有高于额定值的初始电感值时。一旦电流增加，芯片电感就开始下降。因此，在大多数情况下，额定ISAT芯片电感不适用于定义。规定了温度升高的额定值rms电流也决定了芯片电感的额定电流。芯片电感的另一个特点是电感值随温度而不是直流而下降。
对于实际的电感值，系统设计师必须仔细选择正确的电感值，并根据规范找到最小的电感值。不正确的电感选择会影响稳定性，导致次谐波振荡(sub-harmonic oscillations)，和/或减少开关的额定输出电流。与陶瓷电容相同，设计师应主要关注实际工作中的电感值，而不是额定电感值。
如何压转换器如何选择额定电流？若电感的额定IRMS最简单的方法是选择额定值大于或等于开关的最大电流限值ISAT。不过，正如我们在芯片电感中看到的，我们必须搜寻满足稳定性和输出电流要求的最小电感值。选择更高值的芯片电感(例如使用3.3μH代替2.2μH) 来满足电感要求是不可行的，因为对相同外壳尺寸的电感器，电感值越高，其下降就越剧烈。
此外，芯片电感器制造商之间也存在各种差异。例如，制造商A可能使用低渗透性材料来逐渐改变电感值。但该方案需要更多的介电层。因此，与高渗透性材料相比，制造商下降更剧烈B，A将有更高的DCR，B的DCR较低。
本文的目的是给出一些可用于实际情况的相关信息，并向系统设计师和元件采购工程师介绍元件选择过程中应向元件制造商索取的必要数据。
作者：Mathew Jacob，国家半导体公司应用工程经理，Email: mathew.jacob@nsc.com
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