一、首先我們來看下什么是電感?
電感(inductance of an ideal inductor)是閉合回路的一種屬性.是導(dǎo)線內(nèi)通過電流時(shí),在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍產(chǎn)生交變磁通,導(dǎo)線的磁通量與生成此磁通的電流之比。公式:L=Φ/I=NBS/I=dΦ/dI。
電感的特性:
通直流:電感對(duì)直流呈現(xiàn)很小的電阻(近似于短路)。
阻交流:電感具有阻止電流變化的特性,流過電感的電流不會(huì)發(fā)生突變,根據(jù)電感的特性,在電子產(chǎn)品中常作為濾波線圈、諧振線圈等。
二、什么是電感器?
電感器(Inductor)是一種根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成、能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的元件,會(huì)因?yàn)橥ㄟ^的電流的改變而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),從而抵抗電流的改變。實(shí)際上,凡是能夠產(chǎn)生自感、互感作用的器件,均可稱為電感器。
最簡單的電感器就是用導(dǎo)線空心的繞幾圈,有磁芯的電感器在磁芯上用導(dǎo)線繞幾圈。無論哪種電感器,如果結(jié)構(gòu)相同,其基本特性相同,但繞的匝數(shù)不同或有無磁芯不同時(shí),電感器的電感量的大小不同。繞線匝數(shù)越多,電感量越大,在同樣匝數(shù)的情況下,線圈增加了磁芯后,電感量會(huì)增加。
三、電感的組成要素有那些?
四、電感器的參數(shù)及其作用有那些?
五、電感的分類:
六、電感器在電路中的作用有那些?
基本作用:濾波扼流、振蕩、延遲、阻抗匹配、儲(chǔ)能等。
濾波:在電子線路中,電感線圈對(duì)交流有限流作用,由感抗XL=2πfL 知, 頻率f越高,感抗就越大。因而其具有濾波作用,常與電容器能組成高通或低通濾波器;
振蕩:u(t)=L×di(t)/dt,可見電感具有移相延遲功能,可與電容器、電阻器組成諧振電路等;
阻抗匹配:電感的復(fù)數(shù)阻抗特性使其可與電容搭配成阻抗匹配電路;
儲(chǔ)能:電感線圈也是一個(gè)儲(chǔ)能元件,它以磁的形式儲(chǔ)存電能,儲(chǔ)存的電能大小可用下式表示:WL=0.5×L×I2 ,可見,線圈電感量越大,流過的電流越大,儲(chǔ)存的電能也就越多。
七、電感的關(guān)鍵參數(shù)有那些?
1、L:電感量
①電感的作用是抑制電流改變,電感量是衡量其抑制電流改變的特性。電感的電感量主要受磁芯材料(陶瓷材料磁導(dǎo)率等于1)、磁芯形狀尺寸、線圈數(shù)、線圈形狀和大小等因素影響。
②電感的公式:
μ0:真空磁導(dǎo)率 ,μ0為4π × 10-7(H/m) μr:材料相對(duì)磁導(dǎo)率
N:線圈的匝數(shù)
S:磁路通過的截面積,一般以線圈包圍的面積來計(jì)算
l:磁路的長度
③電感量的單位是:H(亨)1 H = 1*103 mH = 1*106 μH = 1*109 nH
④標(biāo)準(zhǔn)的電感量檔位是通過字母來反映,信號(hào)電感的精度如右表:
⑤對(duì)于一個(gè)理想的電感來說,電感量 L是固定不變的。但在實(shí)際測(cè)量當(dāng)中,是不能夠測(cè)到這個(gè)值的。測(cè)得的L值是通過測(cè)得Z=R+jX之后的一個(gè)計(jì)算值,測(cè)到的L值實(shí)際上是X/ω(即X/2πf),由于分布電容的存在,我們?cè)跍y(cè)定器上看到的L-F曲線如下:
2、Isat(飽和電流),Ims(溫升電流)
電感飽和電流定義:連續(xù)通直流電流電感的電感量會(huì)下降,一般按照下降30%的時(shí)候的電流值來設(shè)定規(guī)格。
電感飽和電流與感量的關(guān)系如下公式所示:
1、理論上,電感的感量越大,其飽和電流越小,如相同工藝平臺(tái)相同尺寸的電感,4.7μH的飽和電流會(huì)小于3.3μH的飽和。
2、當(dāng)其他參數(shù)保持不變的情況下,提升磁芯材料的磁飽和B值,飽和電流會(huì)升高。
3、電感磁體材料和線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)影響磁飽和電流的大小。
溫升電流的定義:連續(xù)通直流電流電感的表面的溫度會(huì)上升,一般按照上升20℃或40℃的時(shí)候的電流值來設(shè)定規(guī)格。它的大小取決于電感直流電阻,直流電阻越小,散熱越小,則溫升電流越大。
3、IDC:額定電流
額定電流表征了通過電感的直流電流的強(qiáng)度,包括溫升電流和磁飽和電流兩方面的內(nèi)容。通常標(biāo)稱為最小值。功率電感由二者中較小的電流決定。對(duì)于磁芯為非磁性材料的電感來說,通入電流不會(huì)導(dǎo)致電感量下降,因而其額定電流僅由溫升容許電流定義。我們來看下實(shí)際規(guī)格書的標(biāo)識(shí),如下圖所示:
分享一個(gè)小經(jīng)歷:不知道有沒有小伙伴有沒有這樣的疑問,不管是飽和,還是溫升電流的最小值上面對(duì)應(yīng)的是max,我們一般不都是要取典型值嗎,反正我曾經(jīng)有這樣的疑惑,后來確認(rèn)了,這里的max是指電感值的最大值。
4、DCR:直流電阻
DCR是指產(chǎn)品電極之間所用漆包線的總的直流電阻。其量度單位是歐姆,通常標(biāo)稱為最大值。R=ρ L/S,ρ是材料決定的電阻率L是導(dǎo)線長度 (電極材料長度) S是導(dǎo)線橫截面積(電極材料的橫截面積)繞線電感DCR大小是由漆包銅線的電阻決定的,疊層電感是由內(nèi)部印刷的線圈決定的。在電感的設(shè)計(jì)中,都要求使直流電阻盡可能小有利于降低產(chǎn)品損耗。
5、Q:品質(zhì)因子
電感的Q值是電感相對(duì)損耗的一個(gè)度量,被稱為“品質(zhì)因子”。Q值的定義是電感儲(chǔ)能與耗能的比值。損耗Re包括傳導(dǎo)損耗與交流損耗,傳導(dǎo)損耗主要由直流電阻引起,對(duì)于信號(hào)電感,交流損耗主要組成:
a.磁芯或介質(zhì):磁滯損耗、渦流損耗、介質(zhì)損耗等
b.銅線或?qū)w:集膚效應(yīng)等產(chǎn)生的損耗。
其中,XL為電感的電抗,包括感抗和容抗兩部分;Re(電阻)主要由電感線圈的直流電阻、磁芯損耗以及介電損耗等組成。XL(電抗)和 Re(電阻)都是頻率的函數(shù),所以指定Q值時(shí)必須給定測(cè)試頻率。低頻時(shí)電抗隨著頻率的增長比電阻快,在高頻時(shí)下降得也快。因此Q值與頻率的關(guān)系會(huì)形成一個(gè)鐘形的曲線。
6、SRF:自諧頻率
自諧頻率是指電感的分布電容和電感發(fā)生諧振的頻點(diǎn),一般電感的應(yīng)用頻率都應(yīng)該小于自諧頻率。在這個(gè)頻率下,電感感抗與分布電容容抗相等并且互相抵消,整體表現(xiàn)為電抗為零,在自諧頻率處電感失去儲(chǔ)能能力而表現(xiàn)出高阻的純電阻特性。即在自諧頻率點(diǎn)電感的Q值為零。自諧頻率用MHz來定義,在產(chǎn)品資料中以最小值標(biāo)注。
從公式可看出來,諧振頻率大小是由電感L和分布電容C所決定的,一般電感的應(yīng)用頻率都應(yīng)該小于自諧頻率以下,針對(duì)的射頻電感,主要應(yīng)用于高頻線路中,要求其自諧頻率很高,設(shè)計(jì)就要求感量和寄生電容減小,因此隨著高頻電感應(yīng)用頻率越高,電感的感量就越來越小。
說明:電信號(hào)選擇阻抗低的通路傳輸。當(dāng)頻率低時(shí),沿著導(dǎo)體的電感通路阻抗更低(ZL=2πfL),所以器件在低頻時(shí)呈現(xiàn)為電感的特性;頻率高時(shí),從電極層間或電極與端電極之間的容性阻抗更低( ZC=1/2πfC ),因此器件在高頻時(shí)呈現(xiàn)為電容特性。這兩種情況相互轉(zhuǎn)換的頻率即自諧頻率,此頻率的信號(hào)在電感內(nèi)部發(fā)生諧振,由于器件的直流電阻(高頻時(shí)還要考慮趨膚效應(yīng))和材料損耗存在,發(fā)生諧振的信號(hào)將逐漸衰減,其能量以熱的形式耗散。
關(guān)于電感,你還知道哪些參數(shù)?