电感是电路中常见的储能被动元件，在开关电源的设计中起到滤波、升压、降压等作用。在方案设计初期，工程师不仅要选择合适的电感值，还要考虑电感的电流和线圈DCR，机械尺寸、损耗等。如果不熟悉电感的功能，在设计上往往是被动的，需要很多时间。
了解电感的功能
电感元件是开关电源输出端的电感元件LC滤波电路中的L在降压转换中，电感的一端连接到DC输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。 
如何在开关电源中选择合适的电感(图1)
在状态1过程中，电感会通过MOSFET连接到输入电压。电感连接到状态2GND。
由于使用了这种控制器，电感接地可以通过二极管或通过两种方式实现：MOSFET接地。如果是前一种方式，转换器称为异步。后一种方式称为同步。
如何在开关电源中选择合适的电感(图2)
在状态1过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。对于降压转换器，输入电压必须高于输出电压，因此在电感上形成正压降。
在状态2过程中，连接到输入电压的原始电感一端被连接到地面。对于降压转换器，输出电压必须是正端，因此在电感上形成负压降。
电感电压计算公式
V=L(dI/dt)
因此，当电感上的电压为正时（状态1）时，电感上的电流会增加；当电感上的电压为负（状态2）时，电感上的电流会减小。电感电流如图2所示：
如何在开关电源中选择合适的电感(图4)
从上图可以看出，流过电感的最大电流是DC峰峰电流的一半加开关。上图也称为纹波电流。根据上述公式，我们可以计算峰值电流：其中，ton是状态1的时间，T是开关周期，DC状态1占空比。
同步转换电路
如何在开关电源中选择合适的电感(图5)
异步转换电路
Rs感应电阻抗加电感应绕线电阻。Vf是肖特基二极管的正压降。R是Rs加MOSFET导通电阻，R=Rs Rm。
如何在开关电源中选择合适的电感(图6)
电感磁芯饱和度
通过计算出的电感峰值电流，我们知道它的电感会随着电感电流的增加而衰减。这是由磁芯材料的物理特性决定的。电感衰减是非常重要的：如果电感衰减过大，转换器将不会正常工作。当电感电流大到电感故障时，电流称为饱和电流。这也是电感的基本参数。
转换电路中的功率电感会有一个饱和曲线，值得注意。要理解这个概念，可以观察实际测量LvsDC电流曲线：
如何在开关电源中选择合适的电感(图7)
当电流增加到一定程度时，电感会急剧下降，这就是饱和特性。如果电流再次增加，电感就会失效。
有了这种饱和的特性，我们就可以知道为什么所有的转换器都规定了DC输出电流下的电感值变化范围（△L≤为什么会有20%或30%的电感规格？Isat这个参数了。由于纹波电流的变化不会严重影响电感。由于会影响输出电压的纹波，所有应用都希望纹波电流尽可能小。这就是为什么人们总是关心它DC在规格书中，输出电流下的电感衰减会忽略纹波电流下的电感。
选择合适的电感开关电源
电感是开关电源中常用的元件。由于其电流和电压相位不同，理论上损失为零。电感通常是一个储能元件，具有拒绝留下来的特点。它通常用于输入滤波器和输出滤波器电路，以平滑电流。
电感是磁性元件，自然存在磁饱和问题。有些应用程序允许电感饱和，有些应用程序允许电感从一定的电流值开始饱和，有些应用程序不允许电感饱和，这需要在特定的线路中区分。在大多数情况下，电感工作在线性区域，电感值为常数，不随端电压和电流而变化。然而，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感绕组将导致两个分布参数（或寄生参数），一个是不可避免的绕组电阻，另一个是与绕组工艺和材料相关的分布式杂散电容器。杂散电容在低频时影响不大，但随着频率的增加而逐渐显现。当频率高于一定值时，电感可能成为电容特性。如果将杂散电容器集中为电容器，则可以从电感等效电路中看出某一频率后呈现的电容器特性。
在分析线路中电感的工作状态时，必须考虑以下特点：
1.当电感L中的电流I流过时，电感储存的能量为：E＝0.5×L×I2(1)
2.在开关周期中，电感电流的变化(纹波电流峰值)与电感两端电压的关系如下:V＝(L×di)/dt由此可见，纹波电流的大小与电感值有关。
3.电感器也有充放电压过程。电感上的电流和电压积分(伏·秒)成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt也会改变；正电压会增加电流线性，反电压会降低电流线性。
降压开关电源的电感选择
在选择电感器时，需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流和空比。以下是降压开关电源电感值的计算。首先，假设开关频率为300kHz、输入电压范围12V±输出电流为110%A、最大纹波电流300mA。
降压开关电源电路图
如何在开关电源中选择合适的电感(图8)
最大输入电压值为13.2V，对应的空比为：
D＝Vo/Vi＝5/13.2＝0.379(3)
其中，Vo输出电压，Vi输出电压。电感器上的电压为：
V＝Vi－Vo＝8.2V(4)
电感器上的电压为：
V＝-Vo－Vd＝-5.3V(5)
dt＝D/F(6)
将公式2/3/6代入公式2得出：
如何在开关电源中选择合适的电感(图9)
升压开关电源的电感选择
升压开关电源的电感值计算与降压开关电源的计算方法相同。假设开关频率为300kHz、输入电压范围5V±输出电流为500%mA、如果效率为80%，最大纹波电流为450mA，对应的空比为：D＝1－Vi/Vo＝1－5.5/12＝0.542(7)
升压开关电源电路图
如何在开关电源中选择合适的电感(图10)
电感器上的电压为：V＝Vi＝5.5V电感器上的电压为：V＝Vo＋Vd－Vi＝6.8V(9)公式6/7/8代入公式2: [外链图片存储失败，源站可能有防盗链机制，建议保存图片直接上传(img-t4oBjMiT-1625802257251)(https://codaca.com/uploads/ueditor/20210202/1-210202161541621.png#pic_center)]
如何在开关电源中选择合适的电感(图11)
请注意，升压电源不同于降压电源，前者的负载电流并不总是由电感电流提供的。当开关管导通时，电感电流通过开关管流入地面，负载电流由输出电容提供，因此输出电容必须有足够大的储能容量来提供此期间负载所需的电流。但在开关管关闭期间，流经电感的电流不仅提供给负载，还充电给输出电容。
一般来说，电感值较大，输出纹波较小，但电源的动态响应较差，因此可根据电路的具体应用要求调整电感值的选择，以达到最理想的效果。开关频率的增加可以降低电感值，从而减小电感的物理尺寸，节省电路板空间。因此，目前的开关电源有向高频发展的趋势，以满足电子产品体积越来越小的要求。
开关电源的分析与应用
波纹定律相关内容：在直流电源中，由于线圈的自感，线圈会产生自感电势，阻碍线圈电流的增加，因此在通电时，电路电流可以认为为为为0，然后电流缓慢增加，线圈端电压缓慢下降至零，临时过程结束
在转换器的开关运行中，必须确保电感不饱和，以确保高效的能量储存和传输。饱和电感相当于电路中的直接DC通道，因此不能存储能量，这将使开关模式转换器的整个设计失败。当确定转换器的开关频率时，电感必须足够大，不能饱和。
开关电源中的电感确定：开关频率较低。由于开关时间较长，为了不间断输出，需要增加电感值，使电感能够存储更多的磁场能量。同时，由于每个开关相对较长，能量的补充和更新不如频率高时及时，因此电流相对较小。该原理也可以用公式来解释：
L=（dt/di）*uL
D＝Vo/Vi，降压型占空比D＝1-Vi/Vo，升压型占空比
dt＝D/F，F＝开关频率
di＝电流纹波
所以得L＝DuL/（Fdi），当F开关频率低时，就需要L大一点；同意当L设大时，其他不变情况下，则纹波电流di在高开关频率下，增加电感会增加电感的阻抗，增加功耗，降低效率。同时，在频率不变的情况下，一般来说，电感值较大，输出纹波较小，但电源的动态响应（负载功耗偶尔较小，尺寸变化较慢）也较差，可根据电路的具体应用要求调整电感值的选择，达到最理想的效果。