在电路所使用的所有元件中，磁性元件似乎最复杂，具体表现在如下几个方面：构造、寄生效应、线性度和变量等。电容和电阻倾向于标准化，电感则更多是面向特定应用的定制设计。教科书中的电路分析会让我们以为电感值是固定的，好像是摆在架子上让我们随意挑选的标准产品。
实际上，很多电感可以提供所期望的电路值。但若将电压、电流、功率和/或频率等其它工作参数考虑进来，可能不会得到最佳设计。随着电感绕组匝数的增加，复杂性会呈指数增长。因此，如果能在电路模型中模拟电感，我们就可以更容易地分析电路。
与大多数元件一样，电感也有电压和电流关系。这种关系的最基本形式是线性的，因为电压决定了电感中电流的变化率。在大多数情况下，电感值只是仿真工具（如LTSPICE）中具有线性特性的一个基本参数。然而，与所有元件一样，寄生效应会使电感偏离而导致非线性行为。基本电感寄生效应是串联电阻RDC和并联电容CP。
图1：等效电感原理图。
由此产生的电感行为随频率而变化，如图2的电感阻抗曲线所示。
图2：电感阻抗。
随着频率的增加，阻抗接近电感与并联电容相互作用的谐振频率。与实际组件相比，这些参数会影响仿真模型的精度。
电感表现出的另一个非线性特征是由于磁芯饱和产生的。电感值实际上随施加的电流和电压而变化，如图3所示。
图3：电感与电流。
BH曲线显示了电感的第二个非线性特征。这条曲线一开始看起来多半会让人困惑，因为B[伏-秒]和H[安-匝]不使用常见的单位，例如高斯（Gauss）和奥斯特（Oersted），是比较陌生的参数。实际上，这条曲线非常简单。施加一段时间电压后曲线会上升。随着B量的增加，下面的曲线开始沿H轴水平延伸，这也与增加的电流有关。通常，该器件会因无限电流而短路。复位电感的唯一方法是让BH上面的曲线向下走。上、下两条曲线之间的滞后是磁芯引起的电能损耗。最后，具有DC偏移的电感工作点显示为非对称小环路。
图4：BH环路。
变压器和耦合电感也可以使用SPICE建模。最简单的形式是使用耦合语句将几个电感绑定在一起，耦合语句是以“K”开头并插入原理图或网表中的文本行。
图5：使用K语句来耦合电感并制作一个变压器。
参考文献中详细地解释了SPICE中的K语句和耦合电感，但它确实会变得相当复杂。
一些更标准的变压器设计可以使用SPICE模型库。参考文献中提供了基本和标准的模型库。
与硬件构建和评估相比，建模通常可以更快地对电路特性进行深入了解。对于磁性器件，这不仅有助于分析，还可避免大量的复杂数学计算，并缩短构建自定义组件所需的时间。
（原文刊登于ASPENCORE旗下EDN美国网站，参考链接：Modeling Magnetics in SPICE
。）
https://www.planetanalog.com/author.asp?section_id=3319&doc_id=564925&
《电子技术设计》2018年11月刊版权所有，禁止转载。
最前沿的电子设计资讯
