电感电气特性

在设计开关转换器并挑选电感器时，电感值L、阻抗Z、交流电阻ACR 与Q 值、额定电流IDC 与ISAT、以及铁芯损失等等重要的电气特性都必须考虑。此外，电感器的封装结构会影响漏磁大小，进而影响EMI。以下将分别探讨上述之特性，以作为选择电感器之考虑。

1. 电感值

电感器之电感值在电路设计时为最重要的基本参数，但必须看在工作频率下此电感值是否稳定。电感的标称值通常是在没有外加直流偏置的条件下，以100 kHz 或1 MHz 所量得。且为确保大量自动化生产的可能性，电感之容差值（tolerance）通常是 ±20%（M）与±30%（N）居多。图3为利用表量测 电感220M 之电感－频率特性图，如图所示，在5 MHz 之前电感值的曲线较为平坦，电感值几乎可视为常数。在高频段因寄生电容与电感所产生的谐振，电感值会上升，此谐振频率称为自我谐振频率，通常需远高于工作频率。

图3：220M 电感-频率特性之量测图

2. 阻抗

如图4，从阻抗图也可以看出电感在不同频率下的表现。电感的阻抗约与频率成正比（Z=2πfL），因此频率愈高，电抗会比交流电阻大很多，所以阻抗表现就如同纯电感（相位为90˚）。而再往高频，由于寄生电容效应，可以看到阻抗的自我谐振频率点，过了此点阻抗下降呈现电容性，且相位逐渐转为-90 ˚。 

图4：220M 之阻抗－频率特性

3. 饱和电流

饱和电流ISAT 一般是标注在电感值衰减如10%、30%或40%之情况下的偏置电流。以气隙铁氧体而言，因其饱和电流特性非常急遽，10%与40%相差不大。但如果是铁粉芯（如冲压式电感），饱和曲线比较缓，电感衰减10%或40%的偏置电流相差很多，因此就饱和电流值。 

4. 额定电流  

IDC 值为当电感温升为 Tr˚C 时的直流偏置。规格书同时标注其在 20˚C 的直流电阻值 RDC。依铜导线的温度系数约为 3,930 ppm，在 Tr 温升时，其电阻值为 RDC_Tr = RDC（1+0.00393Tr），其功耗为 PCU = I2DCxRDC。此铜损功耗在电感器表面散逸，可计算出电感的热阻ΘTH：

5. 铁芯损失

铁芯损失，简称铁损，主要由涡流损与磁滞损造成。涡流损大小主要是看铁芯材料是否容易「导电」；若导电率高，即电阻率低，涡流损就高，如铁氧体的电阻率高，其涡流损就相对的低。涡流损也与频率有关，频率愈高，涡流损愈大，因此铁芯材料会决定铁芯适当的工作频率。一般而言，铁粉芯的工作频率可到1MHz，而铁氧体的工作频率则可到10MHz。若工作频率超过此频率，则涡流损会快速增加，铁芯温度也会提高。然而，随着铁芯材料日新月异，更高工作频率的铁芯应是指日可待。

另一个铁损是磁滞损，其与磁滞曲线所围之面积成正比，即与电流交流成份的摆动（swing）幅度有关；交流摆幅愈大，磁滞损也愈大。在电感器之等效电路中，常用一个并联于电感的电阻来表示铁损。当频率等于SRF 时，电感抗和电容抗抵消，等效电抗为零，此时电感器之阻抗即等效于此铁损电阻串联绕线电阻，且铁损电阻已远大于绕线电阻，所以在SRF 时的阻抗就约等于铁损电阻。以一低压电感为例，其铁损电阻约在20kΩ 左右，若以电感两端的有效值电压5V 来估算，其铁损约为1.25mW，这也说明了铁损电阻愈大愈好。