【经验】如何选择适合汽车DC-DC转换器应用的电感器
在车用DC-DC转换器应用中的电感器件是需要经过仔细选择的，这样才能符合电气性能、成本、质量的高要求组合，这是进入汽车行业的配件标准要求。本文将给出如何计算参数规格的指导以及如何应用可能的折衷方案。
在汽车电子行业中，大约有80多种不同的电子器件应用，每一种器件都需要从车载电池电源获得其特定的供电输入参数。虽然这可以用大型的“线性”稳压器来解决，但是功耗太大。更高效的方法是使用“降压”或者“升降压”开关稳压器，这能够提高90%以上效率。而这种类型的开关稳压器总是会需要搭载一个电感，而如何去选择一个正确合适的电感呢？使用起源于19世纪的电磁理论进行参数计算的过程，有时候看起来显得有点神秘感。但现在的电子设计工程师们希望能够有一个公式，可以直接输入最后的目标性能参数，就能算出准确的电感数值以及电流范围，这样他们就能直接从电子零件目录中选择需要的电感器了。然而这一切并不是那么简单的，首先要将所有的假设情况都考虑进去，并且权衡利弊，再要进行多次的设计迭代，最后才能得到可用的参数值。但即便如此，我们得出的理想数据可能并没有标准器件能够符合。此时就需要再次重复设计过程，以便找到一个合适的并且市场上可寻的电感器。
图1 基本的降压转换器电路
让我们来看一下图1中的降压转换器电路，Vin是电池电压，Vout是降压后的输出电源轨，其中SW1和SW2交替打开和关闭。我们所关心的是电感L1在这个电路中的功能是什么？简单点说，电感L1在SW1打开时，需要存储到足够的电能量，以便在SW1关闭时仍能够保持功率输出。我们能够简单的计算出电感器L1的储存能量值，将其与电路需求进行匹配，但是实际应用中还有更多的其他问题需要同时考虑。比如，由于SW1和SW2的交替开关，使得电感L1中的电流不停的上升下降，从而形成一个三角形的“纹波电流”。这个纹波电流将会流入到电容器C1中，而在SW1关闭后，电容器C1将会产生放电效应。放电电流通过电容的ESR特性会产生一个波动的电压输出。所以，如果这是一个关键参数，并且这个电容器的选型和它的ESR特性参数，都因为大小尺寸或者成本等原因已经确定下来了，那么你所要选用的电感值以及它的纹波电流参数都要随之而改变。
在选择电容器时往往有着一定的灵活性，如果ESR数值较低的话，我们可以容许较大的电流波动。但是，这样也会有一点问题，如果电流的波谷在轻负载的情况下接触到了零点，而SW2又是一个二极管开关，那么通常情况下，二极管会停止该部分周期的导通，最终导致转换器也进入不连续传导模式。这种情况下，转换器的传递函数将发生改变，很难达到稳定优化的输出效果。然而，现在的降压变换器通常采用同步整流电路，SW2是一个MOSFET，开关打开时，SW2可以在两个方向上传导漏极电流。这样的话，电感电流甚至可以波动到负值上，电路也仍能保持连续导通状态（见图2），就不存在上述的问题了。在这种情况下，我们可以允许纹波电流的峰峰值I很高，具体阈值与实际电感值有关，公式为I=ET/L。E是在时间T过程中的电感电压，也可以简单理解为在SW1关闭的时间段T过程中的输出电压E。通过传递函数可以看出，当输入电压达到最高值时，T也会达到最大值，I也同时达到最大值。举例说明，最大电池电压18V，输出电压为3.3V，开关频率500kHz，纹波电流峰峰值1A，L经过计算得出值为5.4µH。此计算假设SW1和SW2没有电压降，并且不计算负载电流损耗。
图2 降压转换器的导通模式曲线图
在产品目录中随便搜索一下，你就会发现有很多器件的电流标定范围符合你的负载需求，但是要切记纹波电流是要叠加在DC电流值上的，所以例子中的电感电流峰值需求要比负载电流高出0.5A。电感器标定额定电流的方式一般有两种，温度极限型和电磁饱和极限型。饱和极限型要避免在峰值电流时出现饱和现象，并且注意这个极限值会随着温度而降低。温度极限型一般会给出一个温度上升空间（通常为40℃），如果有冷却系统的话，就能在更高的电流下工作。需要仔细检查电感器的数据曲线表，从而确定该器件到底是饱和极限型还是温度极限型。
另一个重要的考虑因素是电感的损耗。当纹波电流较低时，损耗主要来自于电阻，是容易计算的。但是在纹波电流较大时，核心损耗就开始变得难以预测了，这主要取决于电流波动的波形以及频率和温度。需要在原型产品上进行几次实物测试，才可能看出是否需要降低纹波电流，从而达到最佳的整体效率。降低纹波电流可采用更换更高值的电感器方式，也可能是增加DC电阻的阻值，总之这是一个迭代实验的过程。
图3 TT电子公司的HA66系列电感器
在我们的使用实例中，TT电子公司的HA66系列（参见图3）高性能产品，让我们获益良多。其性能参数包括，5.3µH的电感系数，电流饱和值为2.5A，可设置为2A的负载电流+/-0.5A的电流波动。温度极限型电感，升温极限值为40°C，环境温度最大值+85°C，工作温度范围为-40°C~+125°C。该器件完全符合汽车行业应用的准入标准，通过AECQ200认证（汽车行业被动元件专门认证标准），TT电子公司也通过了TS-16949（汽车行业专用质量体系）的质量体系认证。并且也符合RoHS环境保护标准。
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产品型号
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品类
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Inductance(uH)
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DCR(TYP.)(mΩ)
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HA00-10043ALFTR
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High Voltage Isolation Flyback Transformer
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60uH±20%
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450mΩ
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TT Electronics（TT） 磁性元件选型指南
目录- Automotive Product Selector Guide Power Magnetics Selector Guide Magnetic Components Selector Guide
型号- HM31,HM11-3XXXXLF,HM33,HA79M,HM85-32XXXLF,HA78M-50XXXLFTR,HA78-50XXXLF,HM79-20XXXLF,HM66M-84XXXLFTR,HM66-50XXXLF,HM28-35XXXLF,HM53-XXXXXVLF,HM79M-10XXXLFTR,HM77-XXXX2LF,HA55-3623XXXLF,HM28,HA72L-0420XXXLFTR,HA78-45XXXLF,HA86A-20XXXLFTR,HM73-S12XXXLF,HM71-20XXXLF,HM51-XXXXLF,HM65-HXXXLF,HM51,HM73-15XXXLF,HM50,HM53,HM55,HM78D,HM72L-0420XXXLFTR,HM66A,HA55-3023XXXLF,HM72L-0630XXXLFTR,HM85-44XXXLF,HM78M-10XXXLFTR,HM53E,HM78-50XXXLF,HM77-XXXX1LF,HM31-10XXXLF,HM41,HM66A-1030XXXNLF,HM78D-1210XXXMLF,HM78-40XXXLF,HM66M,HA72L-1770XXXLFTR,HM65-XXXLF,HM78M,HM66-40XXXLF,HM73,HM78-45XXXLF,HM77,HA79M-60XXXLFTR,HM76,HM79,HM78,HM73-20XXXLF,HM79M-60XXXLFTR,HA19-40000LF,HM55-32XXXLF,HA72L-1250XXXLFTR,HA86A-10XXXLFTR,HM79S,HM79M,HM66M-60XXXLFTR,HM33-H10XXXLF,HA55L-2223XXXLF,HM66,HM65,HM69D,HM67,HM69,HM85-37XXXLF,HM11-4XXXXLF,HA42A-20XXXALFTR,HM76-30XXXJLF,HM78-30XXXLF,HM76-10XXXJLF,HA78-10XXXLF,HM11-1XXXXLF,HM73-50XXXLF,HM71,HA19,HM55-21XXXLF,HA19-20000LF,HA72L-0530XXXLFTR,HM28-32XXXLF,HM73-40XXXLF,HM79S-105XXXLF,HM55-22XXXLF,HA72L-1040XXXLFTR,HM78-20XXXLF,HM41-2XXXXLF,HA79M-10XXXLFTR,HM69D-10XXXLFTR,HM79-60XXXLF,HA78M-20XXXLFTR,HM85,HM66A-1050XXXNLF,HM11-2XXXXLF,HA19-30000LF,HA55L-3623XXXLF,HM78M-20XXXLFTR,HM28-42XXXLF,HM31-21XXXLF,HM73-30XXXLF,HM55-12XXXLF,HM41-1XXXXLF,HM78-10XXXLF,HM55-31XXXLF,HA78D-L128XXXLFTR,HM33-10XXXLF,HM55-24XXXLF,HA78D-128XXXXLFTR,HM79S-125XXXLF,HM73-12XXXLF,HM72L-0412XXXLFTR,HM28-20XXXLF,HM73-60XXXLF,HA55L-4523XXXLF,HM66-80XXXLF,HA78-20XXXLF,HA72L-1050XXXLFTR,HA78M-10XXXLFTR,HM66-15XXXLF,HM71-50XXXLF,HM66-20XXXLF,HM77-XXXX6LF,HA78DM,HM85-50XXXLF,HA72L,HM73-31XXXLF,HA72T-06XXXLF,HA73E,HA78-30XXXLF,HM66-30XXXLF,HA73E-10XXXLFTR13,HM71-40XXXLF,HM67-10XXXLF,HA66-640XXXLF,HA72T,HM11-5XXXXLF,HM28-24XXXLF,HA66,HM31-20XXXLF,HM65-MXXXLF,HA74-05XXXLFTR,HM73-10XXXLF,HA19-10000LF,HA78DM-1210XXXLFTR,HM72L-0624XXXLFTR,HM69D-30XXXLFTR,HM79S-74XXXLF,HA55L-3023XXXLF,HA65A-2515XXXLF,HM11-6XXXXLF,HM78D-128XXXXLF,HM55-26XXXLF,HM76-40XXXJLF,HA55,HA55-2223XXXLF,HM67-XXXXLF,HM73-10XXXLLF,HA86A,HA66-530XXXLF,HA72L-0630XXXLFTR,HM11-7XXXXLF,HM53-XXXXXHLF,HA78M-30XXXLFTR,HA79M-20XXXLFTR,HM71-30XXXLF,HM78D-755XXXXLF,HA42A-20XXXLFTR,HM65-PXXXLF,HM28-25XXXLF,HM55-14XXXLF,HM77-XXXX4LF,HM78M-30XXXLFTR,HA78-40XXXLF,HM31-20XXXLLF,HM66-60XXXLF,HM76-50XXXJLF,HM72L,HA74,HM79-10XXXLF,HA78,HM72L-0530XXXLFTR,HM73-S15XXXLF,HM78-60XXXLF,HA72L-1265XXXLFTR,HA78DM-128XXXLFTR,HM66M-70XXXLFTR,HM11,HM72L-1040XXXLFTR,HM15,HM15-1XXXXLF,HM71-10XXXLF,HM79S-63XXXLF,HA72L-0624XXXLFTR,HA65A,HM77-XXXX3LF,HA78M,HM53E-2211XXXVLF,HM31-21XXXLLF,HM66-70XXXLF,HM76-20XXXJLF,HA78-60XXXLF,HM50-XXXXLF,HM79M-20XXXLFTR,HM15-2XXXXLF,HA42A,HA78D
【方案】低噪声汽车电子水泵控制器优选元器件方案
描述- 该方案采用新一代的电机驱动芯片配合正弦波算法，可使电机转动平滑，改善机械噪声和电磁噪声，提高驾乘人员的舒适感和安全性。
型号- SM24-02HTG,SPHV_C,SM24CANB-02HTG,HA66,P140LF4QNK,LRMA,GPD,MLX81325LLW-AMU-000-RE,SM24CANA-02HTG
【方案】可调速汽车防夹电动车窗控制器优选器件方案
描述- 本方案通过采用新一代电机驱动芯片及 HALL传感器的配合来控制车窗玻璃升降的速度，从而避免机械限位部位的撞击，可延长机械部件的寿命。
型号- MLX81325-LLW-AMU,SM24-02HTG,SPHV_C,SM24CANB-02HTG,P105LF4QNK,HA66,LRMA,MLX92251-LSE-ABA,GPD,MLX813235-LLW-AMU,SM24CANA-02HTG
TT Electronics Standard Magnetic Components选型表
TT Electronics标准磁性元件包含变压器、电感器、共模扼流圈等产品，符合AEC-Q200标准，多种形状，安装方式可分为SM和TH，具有电流检测、栅极驱动功能。
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产品型号
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品类
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Length（mm）
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Width（mm）
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Height（mm）
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Operating Temperature（℃）
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Inductance Min（uH）
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Inductance Max（uH）
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Rated Current @ 25°C ambient Min（A、kA)
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Rated Current @ 25°C ambient Max（A)
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Saturation Current @ 25°C ambient Min（A)
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Saturation Current @ 25°C ambient Max（A)
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DC Resistance Min(mΩ、Ω）
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DC Resistance Max(mΩ、Ω）
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Description
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Application
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HA00-10043BLFTR
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High voltage isolation flyback transformer
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12mm
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12.65mm
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6.3mm
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-40°C - 155°C
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51uH
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69uH
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-
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1.1A
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-
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-
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-
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305mΩ
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High voltage isolation flyback transformer
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DC/DC converters
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选型表 - TT Electronics 立即选型
电子商城
品牌：TT Electronics
品类：Shielded Surface Mount Inductors
价格：￥9.9731
现货： 2,000
品牌：TT Electronics
品类：Molded Surface Mount Inductors
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品牌：TT Electronics
品类：Molded Surface Mount Inductors
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现货市场
服务
可定制电感最大电流100A，尺寸最小7 x 7 x 3.0mm到最大35 x 34 x 15.5 mm，工作频率100KHZ ~ 2MHZ，感值范围：0.15 ~ 100uh；支持大功率电感，扁平线电感，大电流电感，高频电感，汽车电感器，车规电感，一体成型电感等定制。
最小起订量： 5000 提交需求>
可定制变压器电压最高4.5KV，高频30MHz；支持平面变压器、平板变压器、OBC变压器、DCDC变压器、PLC信号变压器、3D电源、电流变压器、反激变压器、直流直流变压器、车载充电器变压器、门极驱动变压器等产品定制。
最小起订量： 100000 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
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授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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