目錄

1、題目

2、解答

選項 A

選項 B

選項 C

選項 D

3、相關知識點

一、紋波

二、感量（電感量L）

三、開關頻率f

四、鐵損

五、銅損

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題目匯總版：?

【硬件-筆試面試題】硬件/電子工程師，筆試面試題匯總版，持續更新學習，加油！！！-CSDN博客

【硬件-筆試面試題】硬件/電子工程師，筆試面試題-15，（知識點：DC-DC電源，BUCK電路，鐵損，銅損）

這是一道大疆筆試題

1、題目

2、解答

本題主要考查 BUCK 電路（降壓斬波電路）的相關設計知識，需要對每個選項涉及的知識點進行分析，判斷其正確性。

選項 A

BUCK 電路中，開關頻率越大，電感的紋波電流\(\Delta I_L\)與電感量L的關系為\(\Delta I_L=\frac{V_o(1 - D)}{fL}\)（其中\(V_o\)為輸出電壓，D為占空比，f為開關頻率），從公式可以看出，在其他參數不變的情況下，開關頻率f越大，所需的電感量L越小。但是，開關頻率并非越大越好，因為開關頻率增大，開關損耗也會增大，可能導致芯片發熱嚴重，影響電路的效率和可靠性，所以不能單純為了減小電感量而使用芯片的最大開關頻率，A 錯誤。

選項 B

計算電感的感量時，需要考慮輸入電壓的最大和最小值，因為輸入電壓的變化會影響電感的紋波電流等參數。如果僅取典型輸入電壓進行計算，當輸入電壓在最大或最小值時，可能會導致電感的紋波電流過大或其他問題，影響電路的正常工作，B 錯誤。

選項 C

BUCK 電路中，電感感量L越大，輸出紋波電流\(\Delta I_L\)越小，這是因為\(\Delta I_L=\frac{V_o(1 - D)}{fL}\)，L增大，\(\Delta I_L\)減小。然而，電感量并非越大越好，大電感量的電感體積大、成本高，而且會導致電路的動態響應變慢，所以在設計時需要綜合考慮紋波電流、成本、體積和動態響應等因素，不能盡可能選用大感量電感，C 錯誤。

選項 D

BUCK 電感的鐵損主要是由電感鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗引起的，磁滯損耗與磁場的交變頻率和鐵芯材料的磁滯回線面積有關，渦流損耗與鐵芯中的感應渦流大小有關。而電感電流的直流分量主要產生直流磁場，不會引起鐵芯中磁場的交變，所以 BUCK 電感的鐵損與電感電流的直流分量無關，D 正確。

綜上，答案是D。

3、相關知識點

本題主要考查 BUCK 電路（降壓斬波電路）中紋波、感量、開關頻率、鐵損、銅損等相關知識點。下面將對這些知識點進行詳細講解：

一、紋波

1. 定義：在 BUCK 電路中，輸出電壓或電流并非完全平滑的直流，而是存在一定的波動，這種波動就稱為紋波。紋波通常是由電感和電容的充放電過程引起的。
2. 影響因素：
   • 電感量L：
   • 開關頻率f：同樣根據上述公式，開關頻率f越大，紋波電流\(\Delta I_L\)越小，輸出紋波也越小。
   • 輸出電容C：輸出電容可以濾除一部分紋波，電容容量越大，濾波效果越好，輸出紋波越小。
3. 危害：紋波過大可能會影響負載的正常工作，例如對于一些對電壓穩定性要求較高的電子設備，紋波過大可能會導致設備性能下降甚至損壞。

二、感量（電感量L）

1. 定義：電感量是電感元件的固有屬性，表示電感元件儲存磁場能量的能力。
2. 在 BUCK 電路中的作用：
   • 儲能和濾波：在 BUCK 電路中，電感在開關管導通時儲存能量，在開關管關斷時釋放能量，從而維持輸出電流的連續性，同時起到濾波作用，減小輸出紋波。
   • 限制電流變化率：電感可以限制電流的變化率，防止電流突變，保護電路中的元件。
3. 選擇原則：電感量的選擇需要綜合考慮紋波電流、成本、體積和電路的動態響應等因素。一般來說，在滿足紋波要求的前提下，應盡量選擇較小的電感量，以提高電路的動態響應速度，同時減小電感的體積和成本。

三、開關頻率f

1. 定義：開關頻率是指開關管在單位時間內的開關次數。
2. 影響：
   • 紋波：如前所述，開關頻率越高，紋波越小。
   • 開關損耗：開關管在開關過程中會產生開關損耗，開關頻率越高，開關損耗越大，這會導致電路的效率降低，同時開關管的發熱也會增加，可能需要更大的散熱措施。
   • 電磁干擾（EMI）：開關頻率越高，產生的電磁干擾可能越強，需要采取相應的 EMI 抑制措施。
3. 選擇原則：開關頻率的選擇需要在紋波、開關損耗和 EMI 之間進行權衡。一般來說，對于小功率電路，可以選擇較高的開關頻率，以減小電感和電容的體積；對于大功率電路，由于開關損耗較大，通常選擇較低的開關頻率。

四、鐵損

1. 定義：鐵損是指電感鐵芯中的能量損耗，主要包括磁滯損耗和渦流損耗。
2. 磁滯損耗：是由于鐵芯材料的磁滯回線引起的，當鐵芯中的磁場強度周期性變化時，鐵芯材料會反復磁化，從而產生能量損耗。磁滯損耗與鐵芯材料的磁滯回線面積、磁場交變頻率以及鐵芯體積有關。
3. 渦流損耗：是由于鐵芯中的感應渦流引起的，當鐵芯中的磁通量變化時，會在鐵芯中感應出渦流，渦流在鐵芯電阻上產生的損耗就是渦流損耗。渦流損耗與鐵芯材料的電阻率、鐵芯厚度、磁場交變頻率的平方以及鐵芯體積有關。
4. 與電感電流直流分量的關系：電感電流的直流分量主要產生直流磁場，不會引起鐵芯中磁場的交變，因此鐵損與電感電流的直流分量無關，只與磁場的交變頻率和鐵芯材料的特性有關。

五、銅損

1. 定義：銅損是指電感線圈的電阻損耗，是由于電流通過電感線圈的電阻時產生的焦耳熱。
2. 計算公式：\(P_{cu}=I_{rms}^2R\)（其中\(P_{cu}\)為銅損，\(I_{rms}\)為電感電流的有效值，R為電感線圈的電阻）。
3. 影響因素：銅損與電感電流的平方成正比，與電感線圈的電阻成正比。電感線圈的電阻與線圈的導線材料、導線截面積、線圈匝數和線圈長度等因素有關。
4. 減小銅損的方法：可以采用電阻率較小的導線材料（如銅）、增大導線截面積、優化線圈結構等方法來減小電感線圈的電阻，從而減小銅損。

在 BUCK 電路的設計中，需要綜合考慮紋波、感量、開關頻率、鐵損和銅損等因素，以實現電路的高效、穩定和可靠運行。

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