硬件基础-电感

电感

目录

1.原理

2.作用

3.高频等效模型

4. 直流偏置特性

5.器件选型

6.电感损耗

7.功率电感

8.贴片电感

9.共模电感

10.差模电感

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1.原理

电感是阻碍电流的变化,储能

电感的磁芯决定了电感的饱和电流，也决定了电感值与电流的变化曲线，磁滞损耗等等。

气隙可以减小磁导率 2、气隙可以增大饱和电流 3、气隙可以增大储能上限 4、气隙可以减小剩磁 5、设计需要选择合适的气隙大小。

电流在不同的介质中产生的磁感应强度是不同的。

当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来阻碍线圈中电流的变化，这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，相应的器件成为电感器。

电感是电抗元件，具有储能能力，

E为电感储存的能量，L为电感量(单位为H)，I为(任意给定时刻)流过电感的电流。电感越大，感抗能力越强。

电感的储能是要有电流流过的。能量转换到了寄生电容里面，因为寄生电容都很小，所以会产生比较高的电压，也是因为寄生电容的存在，所以实际电路不会产生无限高压。

电感电流无法突变：

加在电感上两端的电压突然撤走，则电感会产生较大反电动势。

总结

总结一下，电感的特性公式

非常重要它直接描述了电感的特性，电流不能突变、可以导出电感的储能公式

可以导出电感电压比电流相位超前90°、可以导出电感的复阻抗公式Z=jWL

感应电压

电感线圈产生自感时，感应电流通过负载维持电流变化，将产生感应电压。一感应电压的大小取决于感应电流与负载，感应电流与负载越大，感应电压越大，反之越小。电感两端加恒定电压时、电流线性增大或者减小。

Note：电感突然断开，需要续流路径，比如BUCK续流二极管 。

2.作用

通低频阻高频 通直流隔交流

电感的感抗XL?=?2πfL，其中f是电源的频率，L是电感的感量，

当频率f大的时候，感抗就大，当频率f小的时候，感抗就小。所以对于高频信号来说，电感对高频信号的阻碍作用大。

通直流：电感相当于导线，与导线的区别是电感会产生磁场；

阻交流：注意，是阻碍。电感阻碍电流变化，让电流变化变缓。

3.高频等效模型

等效模型

① 可以很容易的理解电感的频率特性曲线，电感在不同频率下的表现。

② 有助于理解怎么样绕制的电感寄生电容比较小，谐振频率比较高。

③ 电感越小，谐振频率越高：电感越大，那么匝数越多，

寄生电容越大，所以谐振频率也低。

阻抗随频率图

电感的电感值随频率变化影响较小，在频率远小于谐振频率时，

电感量可视为常数。

自谐振频率

阻抗

总结

①在频率比较低的时候，实际电感的阻抗与理想电感的基本一样，可以看作是理想的电感。 ②在谐振频率 SRF 处，阻抗达到最大，然后随频率的增加不断下降。

③在 SRF 左侧，电感占主导地位，电感主要呈感性，而在 SRF 右侧，电容占主导地位，主要呈容性。

电感滤波时，都只需要其感性的作用，因此其越接近于理想电感越好，信号频率要远小于谐振频率。（比较 1UH 理想电感和实 际电感曲线，我们会发现，在频率小于谐振频率的十分之一时，两者基本是重合的。要使信号频率小于谐振频率的十分之一。）

电容我们一般用于滤波，需要最小阻抗，所以电容是在谐振频率处滤波效果最好的。

4. 直流偏置特性

电感的直流偏压特性，一般指的是电感量会随电流的增大而减小。

一旦超过饱和电流，铁氧体铁芯的磁导率会陡降，而铁粉芯则可缓慢降低。

在电源转换器的应用中，此特性很重要。

5.器件选型

类型、电感值、DCR、饱和电流、SRF、温升电流、额定电流、Q值

常用电感类型

高频电感，功率电感，共模电感，差模电感

高频电感：高频信号滤波，小功率LC滤波

功率电感：LC滤波，升压

共模电感：滤除共模信号

差模电感：滤除差模信号

电感值

电感值越大，感抗越大，对电流的阻碍越大。

①线长越长，电感越大 ②线越细，电感越大。

要想减小寄生电感，走线要尽量短，尽量粗。

电感的电感量是和直流偏置以及频率有关系的，，以 100kHz 或 1MHz 所量。

DCR电感的直流阻抗

导线必定存在电阻，导致电感发热，根据P=I2*R，DCR越小越好。电感感量越大，导线的匝数越多，线长越长因此DCR越大。同等电感量，额定电流越大，导线会越粗，DCR越小

饱和电流

饱和电流取值：流过电感的电流导致感值降为70%时，此时的电流为饱和电流。一定不要让电感的最大电流值（瞬间值）超 过其饱和电流。

自谐振频率为 SRF

在谐振点处，电感的阻抗最大。

温升电流 Irms

一般指电感自我温升温度不超过 40℃时的电流。议不管环境温度比 85℃低多少，都不要使电感电流超过温升电流 Irms，这样就万。

额定电流 Irat

额定电流其实就是包含前面 2 个电流。电感最终的额定电流，是饱和电流和温升电流中的小者。电感通过的最大电流要小于手册中的 额定电流的80%。

Q值（品质因数）

Q = 无功功率/有功功率。其Q值越大，线圈的损耗越小；反之，其损耗越大。

高频电感或者射频电感，一般对 Q 值有要求。

6.电感损耗

线圈损耗：DCR，ACR

磁芯损耗：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗

7.功率电感

特点：感值高，功率大，饱和电流大，封装尺寸相对较大。

应用：低频LC滤波，升压

补充：带屏蔽的功率电感比非屏蔽的EMI败果好些，但价格稍贵些。

8.贴片电感

特点：感值小，功率小，饱和电流小，封装尺寸小

应用：高频信号滤波

9.共模电感

构成：两组直径与圈数相同的线圈，方向相反的绕制在同一个铁芯上，引出4个引脚。

作用：滤除共模干扰信号，降低EMI

共模信号：大小相等、方向相同的信号

10.差模电感

构成：一组线圈绕制在铁芯上，引出2个引脚。

作用：滤除差模干扰信号，降低EMI，一般成对出现。差模信号：大小相等、方向相反的信号。

应用：滤波、升压。