导言
耦合电感常用于多相电源拓扑，充分运用其相间磁耦合电流纹波相抵消的技能优势。运用一般分立式电感时，一般只在多相降压转化器输出抵消电流纹波。当这些电感经过磁耦合时，电流纹波抵消作用到一切电路元件：MOSFET、电感线圈、PCB走线［1-6］ 。所以，一切相开关操作仅影响到单相，然后减小电流纹波幅值、频率倍增。减小电流波形的RMS有助于进步电源转化功率，或减小磁元件、取得较快的瞬态呼应，并从而减小输出电容需求。
耦合电感与传统电感规划的比照
传统非耦合降压转化器的峰-峰电流纹波可标明为式1，其间VIN为输入电压，VO为输出电压，L为电感，D为占空比（关于降压转化器，D = VO/VIN），Fs为开关频率。
（式1）
关于带有耦合电感的降压转化器，当D IN = 12V转化为核电压（0.5V至2.5V）。经过式2，很简单看到电路和磁元件参数对电流纹波抵消的影响。
（式2）
与式1比较，式2中的附加乘数取决于运用条件，随占空比、耦合系数以及耦合相数改变。图1所示为别离选用210nH分立或耦合电感的4相降压转化器的归一化电流纹波。用最大电流纹波对电流纹波进行归一化，即D = 0.5时分立电感的纹波（所以D = 0.5时，分立电感的归一化电流纹波为1）。如曲线所示，关于12V转化为1.8V的典型运用，D = 0.15。
从图1能够看出，一切电源电路中由于选用耦合电感使得纹波电流大幅抵消。留意，在有些占空比下，电流纹波抵消显着大于D = 0.15的状况。耦合电感的几条曲线说明晰耦合系数Lm/L的影响：Lm/L = 3 – 7规模内的耦合比较有用，有些Lm/L值比较抱负化、不太实践，例如10和100。假如选用分立电感的初始规划比较合理，电流纹波能够承受，那么选用耦合电感能够减小电感值并到达D = 0.15下平等的电流纹波。这种条件下，50nH/相的耦合电感可供给与210nH分立电感平等的电流纹波，如图2所示。
相同的峰-峰电流纹波对应平等的电流波形RMS，使得一切支路的导通损耗和开关损耗附近，功率也附近。带来的优势是：50nH电感的瞬态功能比210nH进步4倍以上，而且，您能够完全脱离大数值、不可靠、价格昂贵且体积较大的输出电容，只是留下本已存在的高功能陶瓷电容。
留意，关于具有快速瞬态呼应的规划，陶瓷电容总是必需的。由于只要低ESR和ESL的电容能够满意负载快速改变时的瞬态要求。一般添加大电容来处理分立电感的低电流摆率和相关的能量贮存问题。假如是选用耦合电感，只是陶瓷电容就足以满意大都要求。
耦合电感的优势不止于此。耦合电感规划为负耦合，当各相电流持平时，来自一切线圈的互感磁通互相抵消。后一种状况一般出现在多相运用，尤其是选用电流形式操控的架构。只要漏磁通将能量贮存在耦合电感中，所以图2所示比如的能量贮存对应于50nH/相（而非210nH/相）。这意味着，与分立式电感比较，耦合电感小得多，而且/或许具有较高的额外饱和电流。
针对将12V转1V、为微处理器供电的典型4相计划，对两种磁元件装备进行比较：商用的高效分立电感FP1308R3-R21-R与 50nH耦合电感CL1108-4-50TR-R，网上供给相应的数据资料［7-8］。假定分立电感在PCB的最小间隔为0.5mm，分立电感所占电路板面积大约为722mm2;耦合电感则只需大约396mm，现已能够供给好得多的功能，如图3所示。一起，分立电感在室温+25℃时Is = 80A （无疑在较高温度下更差），而耦合电感在+105℃时的饱和电流高于110A/相。可完成占位面积减小1.8倍以上，饱和电流进步1.5倍以上。
为了更好地领会耦合电感的尺度优势，可考虑在该4相计划中运用分立电感（物理尺度更窄），但这样的电感会下降额外饱和电流，或许电感值比210nH小。后一种状况将从而增大电流纹波、下降功率。
假定为抱负耦合（即Lm/Lk极大），可简化式2用来下降磁耦合电流纹波的乘数，将式2简化为式3［3］。能够显着看出这种耦合计划的优势与Nphases的联系，当然在很大程度上也与占空比相关。更切当地说，针对不同运用，能够从占空比D = 0或D = 1区域获取更大优势。
（式3）
现在介绍运用耦合电感优势的办法。耦合电感电流纹波抵消的式2可概括为式4。
（式4）
运用较了解、较便利的参数，可依据参考文献得出式4的品质因数（FOM）9。
（式5）
式5标明FOM适用于特定的占空比D规模：
，其间系数k在
规模内改变。
图4所示为整个占空比规模内，不同相数下电流纹波的减小。制作电流纹波曲线时，假定为抱负耦合，L值相同。很显着，添加耦合相数比较有利。
留意，关于选用分立元件的一般计划，针对给定输出电流正确添加相数是一种在本钱、尺度方面都很有优势的办法。关于在单芯片集成多个开关相的商用化集成计划，也十分具有吸引力。
图4也符号了一个特别的占空比：D = 0.15，对应于实践比如VO = 1.8V，VIN = 12V。该条件制作成图5所示曲线，标明耦合系数ρ = Lm/Lk对抵消电流纹波的影响。调查图4，D = 0.15时，分立电感的归一化电流纹波大约为0.5，如图5赤色曲线所示。相同条件下，假如耦合系数十分低，4相耦合电感具有相同的电流纹波;跟着耦合系数增大，电流纹波大幅减小，见图5。留意，电流纹波在开端下降十分快，在耦合系数较大时到达平整，主张耦合系数大约为3至5。运用这种办法，可完成最大程度的电流纹波抵消。
规划关键
假定咱们从选用分立电感的多相降压转化器开端规划，方针是运用耦合电感进步体系功能。假如当时的分立电感规划具有合理的电流纹波，转化器功率也满意客户要求。关于耦合系数相对有用的4相降压转化器，从式5得到的预期FOM曲线如图6所示。
调查图6，D确定在大约0.15，可将FOM = 4作为规划方针。图7所示为得到的电流纹波：赤色曲线标明分立电感L的初始电流纹波;两条曲线标明不同耦合系数下L的电流纹波;最终两条曲线标明L/4时的电流纹波。与预期相同，D大约为0.15时，分立电感L和耦合电感L/FOM = L/4的电流纹波适当。
留意，依据运用的不同，方针占空比规模或许不同，所选FOM或许高于D≈0.15时的数值。关于典型规划，挑选FOM = 4，其间运用50nH耦合电感替代210nH高效分立电感，如图3所示。正如预期，小得多的电感值有必要满意饱和电流目标要求，所以耦合电感尺度比传统计划小得多。选项FOM = 4也使瞬态条件下的电流摆率进步4倍，所以输出电容可减小大约4倍。
上述规划进程可运用到恣意相数。留意，所选FOM不一定单单为了改进瞬态功能。依据运用条件和客户要求优先级的不同，可折中挑选FOM，例如直接减小电流纹波，从而下降电路遍地的传导损耗。例如，挑选FOM = 4时，能够只将电感值下降2.6倍（一起也减小了进步的瞬态功能），使电流纹波减小、功率进步1.5倍。
跟着耦合电感进入不同的电源运用领域，毫无疑问将有许多不同客户从该专有技能中获益。
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