BUCK功率参数合集(2)：深度解析电感的功率损耗付费

在开关电源设计中，功率电感是关键元件，其功率损耗直接关系到电源的转换效率和稳定性。今天，就让我们一起深入探讨 BUCK 电路中电感的功率损耗，为工程师们提供实用的设计参考。

1、电感功率损耗的来源

电感的功率损耗主要来源于两个方面，分别是绕组损耗和磁芯损耗。

(1) 绕组损耗Winding Loss：铜损知多少

由绕组引起的损耗，称为“铜损”或“线圈损耗Coil Loss”或“绕组损耗Winding Loss”，包括“直流电阻损耗”（由电感元件寄生的直流电阻引起的损耗）和“交流电阻损耗”（由电感元件寄生的交流电阻引起的损耗）两种。

理论上，交流电阻损耗由 $P_{L,ACR} = I_{RMS}^2 \times ACR$ 决定。但是，交流电阻引起的线圈损耗比较难计算，因为线圈的交流阻抗值并不是总能从电磁供应商处获取。所以，通常仅计算功率电感的“直流电阻损耗”。

功率电感的直流电阻（DC Resistance, DCR），表示在直流下测量电感器时得到的电阻值。所以，电感上的DCR功率损耗，正是由电感DCR参数引起的传导损耗（Conductor Loss），可以用公式(3.315)（ P=I² * R）评估。

参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》3.3.5章节电感电流平均值公式(3.224) $I_{L,AVG} = I_{OUT}$ ，3.3.6章节有效值公式(3.234) $I_{L,RMS} = \sqrt{I_{OUT}^2 + \frac{\Delta I_L^2}{12}}$ ，所以基于平均值和有效值的电感DCR功率损耗分别表示如下：

$$P_{L,DCR,AVG} = I_{OUT}^2 \times DCR \tag{3.324}$$

$$P_{L,DCR,RMS} = \left(I_{OUT}^2 + \frac{\Delta I_L^2}{12}\right) \times DCR \tag{3.325}$$

其中，I_out 是平均电感电流或负载电流[A]， $\Delta I_L$ 是电感纹波电流[A]，DCR 是电感的直流电阻[Ω]。

可见，在负载电流和纹波电流不变时，直流电阻功率损耗的大小是与电感元件的DCR值成正比。所以在实际电路设计中电感选型时，选择DCR值更小的电感，有助于提升电源电路的转换效率。

通常，大尺寸的电感DCR更小，因而可以减小功率损耗。因为，根据导线电阻的阻值计算公式 $R = \rho \times \frac{L}{S}$（其中，p 为电阻率，L 为导线的长度，S 为导线的横截面积），导线的横截面积 S 越大，对应的电阻越小，就会导致对应电感的体积越大。

然而，体积增大并不总是可行的，因为这会占用更多的电路板空间，增加成本和复杂性。所以在选型时，需要在电感的尺寸、成本和性能之间找到最佳的平衡点。

(2) 磁芯损耗 Core Loss：复杂背后的玄机

由磁芯材料引起的损耗，称为“铁损”或“磁芯损耗 Core Loss”，包括“磁滞损耗 Hysteresis Loss”、“涡流损耗 Eddy Current Loss”）和剩余损耗（Residual Loss）。

所以，电感元件上总功率损耗的计算公式如下：

$$P_{LOSS} = P_{L,DCR} + P_{L,ACR} + P_{L,CORE} \tag{3.326}$$

其中， $P_{L,DCR}$ 表示直流电阻损耗， $P_{L,ACR}$ 表示交流电阻损耗（即 $\frac{\Delta I_L^2}{12} \times DCR$ ）， $P_{L,CORE}$ 表示磁芯损耗。

但是，磁芯损耗的计算方式较为复杂，需要较多的参数，需要电感供应商提供，因为不在电感规格书中体现，通常在电感的功率损耗中忽略不计；包括“磁滞损耗”、“涡流损耗”和“剩余损耗”，知道即可，这里不做过多介绍。因此，通常仅关注直流电阻损耗 $P_{L,DCR}$ 。

2、优化建议：提升效率的策略