電感的核心參數(shù)
發(fā)布時(shí)間:
2021-11-12
1、電感量L
電感量L表示線圈本身固有特性,與電流大小無(wú)關(guān)。除專門(mén)的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專門(mén)標(biāo)注在線圈上,而以特定的名稱標(biāo)注。電感量也稱自感系數(shù),是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。
電感器電感量的大小,主要取決于線圈的圈數(shù)(匝數(shù))、繞制方式、有無(wú)磁芯及磁芯的材料等。通常,線圈圓數(shù)越多繞制的線圈越密集電感量就越大。有磁芯的線圈比無(wú)磁芯線圈電感量大磁芯導(dǎo)磁率越大的線圈,電感量也越大。
電感量的基本單位是亨利(簡(jiǎn)稱亨)用字母H表示。
2、感抗XL
電感線圈對(duì)交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關(guān)系為XL=2πfL。
3、品質(zhì)因素Q
品質(zhì)因素Q是表示線圈質(zhì)量的一個(gè)物理量,Q為感抗XL與其等效的電阻的比值,即:Q=XL/R。線圈的Q值愈高,回路的損耗愈小。線圈的Q值與導(dǎo)線的直流電阻,骨架的介質(zhì)損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應(yīng)的影響等因素有關(guān)。線圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線圈,多股粗線圈均可提高線圈的Q值。
4、直流電阻DCR
電感線圈在非交流電下量得之電阻,在電感器設(shè)計(jì)中,直流電阻愈小愈好,其量測(cè)單位為歐姆,通常以其最大值為標(biāo)注。
5、分布電容
線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小,穩(wěn)定性變差,因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。
6、自諧振頻率(Self-Resonance Frequency)
由于Cp的存在,與L一起構(gòu)成了一個(gè)諧振電路,其諧振頻率便是電感的自諧振頻率。在自諧振頻率前,電感的阻抗隨著頻率增加而變大;在自諧振頻率后,電感的阻抗隨著頻率增加而變小,就呈現(xiàn)容性。
7、允許誤差
電感量實(shí)際值與標(biāo)稱之差除以標(biāo)稱值所得的百分?jǐn)?shù)。
允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實(shí)際電感的允許誤差值。
一般用于振蕩或?yàn)V波等電路中的電感器要求精度較高,允許偏差為±0.2%~±0.5%而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高,允許偏差為±10%~±15%。
8、標(biāo)稱電流
也叫額定電流,指線圈允許通過(guò)的電流大小,通常用字母A、B、C、D、E分別表示,標(biāo)稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA 。額定電流是允許能通過(guò)一電感之連續(xù)直流電流強(qiáng)度,此直流電流的強(qiáng)度是基于該電感在最大的額定環(huán)境溫度中的最大溫升,額定電流與一電感由低的直流電阻以降低繞線的損失的能力有關(guān),亦與電感驅(qū)散繞線的能量損失的能力有關(guān),因此額定電流可借著降低直流電阻或增加電感尺寸來(lái)提高,對(duì)低頻的電流波形,其均方根電流值可以用來(lái)代替直流額定電流,額定電流與電感的磁性并無(wú)關(guān)連。
9、飽和電流Isat
在電感上加一特定量的直流偏壓電流,使電感的電感值下降,相對(duì)未加電流時(shí)的電感值下降10%(鐵氧體磁芯)或20% (鐵粉芯),這個(gè)直流偏壓電流就叫該電感的飽和電流。空芯、陶瓷芯電感是沒(méi)有飽和電流的。
10、直流阻抗Rdc
電感的阻抗值是指其在電流下所有的阻抗的總和(復(fù)數(shù)) ,包含了交流及直流的部分,直流部分的阻抗值僅僅是繞線的直流電阻(實(shí)部),交流部分的阻抗值則包括電感的電抗(虛部)。從這個(gè)意義上講, 也可以把電感器看成是"交流電阻器”。電感通過(guò)直流電時(shí)的電阻值。這個(gè)參數(shù)影響最大最直接的就是發(fā)熱損耗,所以直流阻抗越小損耗越少。減小Rdc與尺寸小型化等條件略有沖突。只要從上述的滿足電感、額定電流等必要特性的電感器當(dāng)中,選定Rdc更小的產(chǎn)品即可。
11、阻抗頻率特性
理想電感的阻抗隨著頻率增加而增加,然而實(shí)際電感由于寄生電容和寄生電阻的存在,在一定頻率下呈現(xiàn)感性,超過(guò)一定頻率呈容性,阻抗反而隨著頻率的增加而減小,這個(gè)頻率就是轉(zhuǎn)折頻率。
12、居里溫度
居里溫度是鐵芯的一個(gè)重要參數(shù),超過(guò)此溫度鐵氧體磁芯將失去磁性。因此要注意電感的工作溫度不能超過(guò)鐵芯的居里溫度。鐵芯的磁導(dǎo)率一般在接近居里溫度時(shí)會(huì)急速上升,因而電感值亦上升,居里溫度導(dǎo)磁率降至很低,因而使電感值急速下降,當(dāng)導(dǎo)磁率下降至室溫下的10%時(shí),其溫度稱之為居里溫度。
13、測(cè)試頻率
測(cè)試頻率用來(lái)測(cè)量電感的電感值或Q值的頻率,工業(yè)上常用的測(cè)試頻率包括:1KHz、79.6KHz、252KHz、796KHz、2.52MHz、7.96MHz、25.2MHz、50MHz,現(xiàn)在的趨勢(shì)是根據(jù)客戶的使用頻率作為測(cè)試頻率。
14、鐵芯損失(core loss)
鐵芯損失,簡(jiǎn)稱鐵損,主要由渦流損與磁滯損造成。渦流損大小主要是看鐵芯材料是否容易「導(dǎo)電」;若導(dǎo)電率高,即電阻率低,渦流損就高,如鐵氧體的電阻率高,其渦流損就相對(duì)地低。渦流損也與頻率有關(guān),頻率愈高,渦流損愈大,因此鐵芯材料會(huì)決定鐵芯適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率。一般而言,鐵粉芯的工作頻率可到1MHz,而鐵氧體的工作頻率則可到10MHz。若工作頻率超過(guò)此頻率,則渦流損會(huì)快速增加,鐵芯溫度也會(huì)提高。然而,隨著鐵芯材料日新月異,更高工作頻率的鐵芯應(yīng)是指日可待。
另一個(gè)鐵損是磁滯損,其與磁滯曲線所圍之面積成正比,即與電流交流成分的擺動(dòng)(swing)幅度有關(guān);交流擺幅愈大,磁滯損也愈大。
在電感器之等效電路中,常用一個(gè)并聯(lián)于電感的電阻來(lái)表示鐵損。當(dāng)頻率等于SRF時(shí),電感抗和電容抗抵消,等效電抗為零,此時(shí)電感器之阻抗即等效于此鐵損電阻串聯(lián)繞線電阻,且鐵損電阻已遠(yuǎn)大于繞線電阻,所以在SRF時(shí)的阻抗就約等于鐵損電阻。以一低壓電感為例,其鐵損電阻約在20kΩ左右,若以電感兩端的有效值電壓5V來(lái)估算,其鐵損約為1.25mW,這也說(shuō)明了鐵損電阻愈大愈好。
15、封裝結(jié)構(gòu)(shield structure)
鐵氧體電感的封裝結(jié)構(gòu)有非遮蔽式、加磁膠之半遮蔽式、與遮蔽式,而不論哪一種都存在相當(dāng)?shù)目諝庀丁o@然此空氣隙會(huì)有漏磁發(fā)生,且最壞的情況是會(huì)干擾周遭之小信號(hào)電路,或者,如果附近有導(dǎo)磁材料,其電感值也因此被改變。另一種封裝結(jié)構(gòu)為沖壓式鐵粉電感,由于電感內(nèi)部沒(méi)有間隙,且繞組結(jié)構(gòu)扎實(shí),因此磁場(chǎng)散逸問(wèn)題較小。圖10是利用RTO 1004示波器之FFT功能量測(cè)沖壓式電感上方及側(cè)邊3mm處之漏磁場(chǎng)大小。表4列出不同封裝結(jié)構(gòu)電感的漏磁場(chǎng)大小比較,可看出非遮蔽式(non-shielded)電感之漏磁最嚴(yán)重;沖壓式(molded)電感的漏磁最小,顯示其磁遮蔽效果最好。這兩種結(jié)構(gòu)的電感之漏磁場(chǎng)大小相差約14dB,也就是將近5倍。
16、耦合(coupling)
在一些應(yīng)用當(dāng)中,有時(shí)PCB上會(huì)有多組直流轉(zhuǎn)換器,通常會(huì)相鄰排列,且其對(duì)應(yīng)之電感器也會(huì)相鄰排列的情況,如果使用非遮蔽式或加磁膠之半遮蔽式的電感器,可能會(huì)相互耦合,形成EMI干擾。因此,在放置電感時(shí),建議先標(biāo)注電感的極性,將電感最內(nèi)層之起繞點(diǎn)接到轉(zhuǎn)換器之切換電壓,如降壓轉(zhuǎn)換器的VSW,即動(dòng)點(diǎn),而將電感之外層出線端接到輸出電容,即靜點(diǎn);銅線繞阻也因此如同形成一定程度的電場(chǎng)遮蔽。在多路轉(zhuǎn)換器的布線安排中,固定電感的極性,有助于固定互感的大小,避免一些意想不到的EMI問(wèn)題。
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