最近实验室接到一个短期项目，制作一个Buck变换器。Buck电路很简单，一个开关管，一个二极管，一个电感即可，当然还需要一些滤波电容，如下图所示。
Buck电路拓扑
本来从本科就开始接触过的Buck电路应该是一个很简单的电路拓扑，但实际制作起来发现可以学到的东西很多很多，尤其是对于我这种之前做电路都是瞎弄的人来说，写在这里，一方面是对自己这段时间项目的一些总结，一方面希望可以让大家也有所收获。
基本的磁芯材料知识
上图为磁滞回线，磁滞回线含有的关键信息为
● 应使得材料中的B小于其材料的最大Bm
● 磁滞回线包围的面积等于一个变换周期内的磁损
为什么要避免电感B饱和以及如何避免？
因此可以看到一旦发生电感的饱和电感会变小，完全饱和之后，电感相当于一根导线，不能够起到电感的作用，因此实际设计中应当避免发生电感的饱和。
为了得到避免电感B饱和的解决办法，我们首先需要得出B的表达式。
● 减小 Imax（采用CCM的控制策略，相对于BCM模式下电流峰值更小）
● 减小电感，不过我做的项目中电感是固定算好的，所以不改变它
● 增大电感的匝数（可以同时增大气隙来保证电感感量不变）
● 增大磁芯的横截面积（使用更大的磁芯）
如何理解磁滞回线包围的面积等于磁损？
大家都知道，功率损耗
根据法拉第定律
以及安培定律
所以一个周期内的损耗
（其中A为磁芯横截面积， l 为磁路的长度）
所以磁损等于
实际的工程中，由于去求磁滞回线的面积很麻烦，磁芯的datasheet往往会给如下面所示的图表
上图中横坐标为磁密，纵坐标为单位体积 (cm^3) 的磁损(mW) ，这样也就很方便了，根据实际工作情况下的最大磁密，以及频率，在图中找到对应的磁损密度，再乘以磁芯的体积，即可获得磁损的大小。需要注意的是图中给出的磁损密度是在施加正弦激励的情况下得到的（磁通有正有负），需要根据相应的应用场合进行一定的折算，这里不再展开。
如何根据应用场合选择合适的磁芯材料
首先，我了解到的磁芯材料主要就是两大类
● 磁粉芯
● 铁氧体
磁粉芯材料一般直接做成磁环，铁氧体则有各种各样的形状，PQ、EE、EI等等，根据实际的应用情况不一而足。
那么铁氧体和磁粉芯有什么区别呢？从几个方面来谈。磁导率、饱和磁密、磁损
● 磁导率
先给出结论，铁氧体磁导率非常大，往往会通过增加气隙来调节电感量大小，磁粉芯磁导率很小，通过增加匝数来增加电感量大小。
因此磁阻 Rm越小，相同的匝数 N 能够形成更大的电感。铁氧体的磁导率一般比较大，常用的MnZn铁氧体一般有上千这样的数量级。而磁粉芯的磁导率一般比较小，几到几百个相对磁导率不等（注意这里说的是相对磁导率，因为磁导率实在是太小了）。
为了让大家有一个更加直观的认识，我们以最简单的磁环铁氧体为例
假定横截面积为40mm^2，磁环的周长为150mm，磁导率为3000，可以简单计算出一匝线圈的电感
之前已经提到，为了避免饱和，往往会通过增加匝数等方式，在这里1匝就已经产生了0.8H的电感，更不要说多增加几匝线圈了。实际运用中，我们需要的是比较适中大小的电感，否则Converter的动态响应非常慢，而且也会导致环路不稳定等，而且电感量仅仅取决于匝数，非常不利于连续的得到我们需要的具体的电感感值。
而假如我们使用磁粉芯材料，假定磁导率为 300\mu_0 ，那么计算出来的一匝线圈的电感为 0.1uH ，则是一个相对比较合理的感量，也可以通过增加匝数来增加电感的感值。
那么如果用铁氧体材料作为磁芯如何解决电感量过大以及电感无法连续调节的问题呢？增加气隙，如下图所示
磁粉芯材料其实是磁芯材料和非磁性材料的混合体，因此相当于在磁芯内部增加了分布的气隙，从而降低了磁导率。因此，磁粉芯也可以看作是气隙的另外一种实现方式。
● 饱和磁密
饱和磁密也就决定了磁芯能够不发生饱和的最大的磁感应强度。一般来说，铁氧体的饱和磁密在0.3T左右，容易发生饱和，因此需要根据需要适当增加匝数；磁粉芯材料的饱和磁密则比较大，1T以上都可以工作。因此，磁粉芯材料的电感更加适合用于有直流偏置的，比如说输出的滤波电感的应用场合。
● 磁损
铁氧体材料和磁粉芯的磁滞回线可以参考下图
先写到这里，第一次写专栏，文字什么的都不太熟练，可能也有一些错误，希望大家多多指正。
本文转载自：知乎作者：遇其
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