【硬件-笔试面试题】硬件/电子工程师，笔试面试题-15，（知识点：DC-DC电源，BUCK电路，铁损，铜损）
目录
1、题目
2、解答
选项 A
选项 B
选项 C
选项 D
3、相关知识点
一、纹波
二、感量（电感量L）
三、开关频率f
四、铁损
五、铜损
题目汇总版：
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【硬件-笔试面试题】硬件/电子工程师，笔试面试题-15，（知识点：DC-DC电源，BUCK电路，铁损，铜损）
这是一道大疆笔试题
1、题目
2、解答
本题主要考查 BUCK 电路（降压斩波电路）的相关设计知识，需要对每个选项涉及的知识点进行分析，判断其正确性。
选项 A
BUCK 电路中，开关频率越大，电感的纹波电流\(\Delta I_L\)与电感量L的关系为\(\Delta I_L=\frac{V_o(1 - D)}{fL}\)（其中\(V_o\)为输出电压，D为占空比，f为开关频率），从公式可以看出，在其他参数不变的情况下，开关频率f越大，所需的电感量L越小。但是，开关频率并非越大越好，因为开关频率增大，开关损耗也会增大，可能导致芯片发热严重，影响电路的效率和可靠性，所以不能单纯为了减小电感量而使用芯片的最大开关频率，A 错误。
选项 B
计算电感的感量时，需要考虑输入电压的最大和最小值，因为输入电压的变化会影响电感的纹波电流等参数。如果仅取典型输入电压进行计算，当输入电压在最大或最小值时，可能会导致电感的纹波电流过大或其他问题，影响电路的正常工作，B 错误。
选项 C
BUCK 电路中，电感感量L越大，输出纹波电流\(\Delta I_L\)越小，这是因为\(\Delta I_L=\frac{V_o(1 - D)}{fL}\)，L增大，\(\Delta I_L\)减小。然而，电感量并非越大越好，大电感量的电感体积大、成本高，而且会导致电路的动态响应变慢，所以在设计时需要综合考虑纹波电流、成本、体积和动态响应等因素，不能尽可能选用大感量电感，C 错误。
选项 D
BUCK 电感的铁损主要是由电感铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗引起的，磁滞损耗与磁场的交变频率和铁芯材料的磁滞回线面积有关，涡流损耗与铁芯中的感应涡流大小有关。而电感电流的直流分量主要产生直流磁场，不会引起铁芯中磁场的交变，所以 BUCK 电感的铁损与电感电流的直流分量无关，D 正确。
综上，答案是D。
3、相关知识点
本题主要考查 BUCK 电路（降压斩波电路）中纹波、感量、开关频率、铁损、铜损等相关知识点。下面将对这些知识点进行详细讲解：
一、纹波
- 定义：在 BUCK 电路中，输出电压或电流并非完全平滑的直流，而是存在一定的波动，这种波动就称为纹波。纹波通常是由电感和电容的充放电过程引起的。
- 影响因素：
- 电感量L：
- 开关频率f：同样根据上述公式，开关频率f越大，纹波电流\(\Delta I_L\)越小，输出纹波也越小。
- 输出电容C：输出电容可以滤除一部分纹波，电容容量越大，滤波效果越好，输出纹波越小。
- 电感量L：
- 危害：纹波过大可能会影响负载的正常工作，例如对于一些对电压稳定性要求较高的电子设备，纹波过大可能会导致设备性能下降甚至损坏。
二、感量（电感量L）
- 定义：电感量是电感元件的固有属性，表示电感元件储存磁场能量的能力。
- 在 BUCK 电路中的作用：
- 储能和滤波：在 BUCK 电路中，电感在开关管导通时储存能量，在开关管关断时释放能量，从而维持输出电流的连续性，同时起到滤波作用，减小输出纹波。
- 限制电流变化率：电感可以限制电流的变化率，防止电流突变，保护电路中的元件。
- 选择原则：电感量的选择需要综合考虑纹波电流、成本、体积和电路的动态响应等因素。一般来说，在满足纹波要求的前提下，应尽量选择较小的电感量，以提高电路的动态响应速度，同时减小电感的体积和成本。
三、开关频率f
- 定义：开关频率是指开关管在单位时间内的开关次数。
- 影响：
- 纹波：如前所述，开关频率越高，纹波越小。
- 开关损耗：开关管在开关过程中会产生开关损耗，开关频率越高，开关损耗越大，这会导致电路的效率降低，同时开关管的发热也会增加，可能需要更大的散热措施。
- 电磁干扰（EMI）：开关频率越高，产生的电磁干扰可能越强，需要采取相应的 EMI 抑制措施。
- 选择原则：开关频率的选择需要在纹波、开关损耗和 EMI 之间进行权衡。一般来说，对于小功率电路，可以选择较高的开关频率，以减小电感和电容的体积；对于大功率电路，由于开关损耗较大，通常选择较低的开关频率。
四、铁损
- 定义：铁损是指电感铁芯中的能量损耗，主要包括磁滞损耗和涡流损耗。
- 磁滞损耗：是由于铁芯材料的磁滞回线引起的，当铁芯中的磁场强度周期性变化时，铁芯材料会反复磁化，从而产生能量损耗。磁滞损耗与铁芯材料的磁滞回线面积、磁场交变频率以及铁芯体积有关。
- 涡流损耗：是由于铁芯中的感应涡流引起的，当铁芯中的磁通量变化时，会在铁芯中感应出涡流，涡流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗。涡流损耗与铁芯材料的电阻率、铁芯厚度、磁场交变频率的平方以及铁芯体积有关。
- 与电感电流直流分量的关系：电感电流的直流分量主要产生直流磁场，不会引起铁芯中磁场的交变，因此铁损与电感电流的直流分量无关，只与磁场的交变频率和铁芯材料的特性有关。
五、铜损
- 定义：铜损是指电感线圈的电阻损耗，是由于电流通过电感线圈的电阻时产生的焦耳热。
- 计算公式：\(P_{cu}=I_{rms}^2R\)（其中\(P_{cu}\)为铜损，\(I_{rms}\)为电感电流的有效值，R为电感线圈的电阻）。
- 影响因素：铜损与电感电流的平方成正比，与电感线圈的电阻成正比。电感线圈的电阻与线圈的导线材料、导线截面积、线圈匝数和线圈长度等因素有关。
- 减小铜损的方法：可以采用电阻率较小的导线材料（如铜）、增大导线截面积、优化线圈结构等方法来减小电感线圈的电阻，从而减小铜损。
在 BUCK 电路的设计中，需要综合考虑纹波、感量、开关频率、铁损和铜损等因素，以实现电路的高效、稳定和可靠运行。
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