電感的核心參數
發布時間:
2021-11-12
1、電感量L
電感量L表示線圈本身固有特性,與電流大小無關。除專門的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專門標注在線圈上,而以特定的名稱標注。電感量也稱自感系數,是表示電感器產生自感應能力的一個物理量。
電感器電感量的大小,主要取決于線圈的圈數(匝數)、繞制方式、有無磁芯及磁芯的材料等。通常,線圈圓數越多繞制的線圈越密集電感量就越大。有磁芯的線圈比無磁芯線圈電感量大磁芯導磁率越大的線圈,電感量也越大。
電感量的基本單位是亨利(簡稱亨)用字母H表示。
2、感抗XL
電感線圈對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的關系為XL=2πfL。
3、品質因素Q
品質因素Q是表示線圈質量的一個物理量,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值與導線的直流電阻,骨架的介質損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應的影響等因素有關。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,在電感器設計中,直流電阻愈小愈好,其量測單位為歐姆,通常以其最大值為標注。
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一起構成了一個諧振電路,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,就呈現容性。
7、允許誤差
電感量實際值與標稱之差除以標稱值所得的百分數。
允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。
一般用于振蕩或濾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、標稱電流
也叫額定電流,指線圈允許通過的電流大小,通常用字母A、B、C、D、E分別表示,標稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA 。額定電流是允許能通過一電感之連續直流電流強度,此直流電流的強度是基于該電感在最大的額定環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,亦與電感驅散繞線的能量損失的能力有關,因此額定電流可借著降低直流電阻或增加電感尺寸來提高,對低頻的電流波形,其均方根電流值可以用來代替直流額定電流,額定電流與電感的磁性并無關連。
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,相對未加電流時的電感值下降10%(鐵氧體磁芯)或20% (鐵粉芯),這個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(復數) ,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(實部),交流部分的阻抗值則包括電感的電抗(虛部)。從這個意義上講, 也可以把電感器看成是"交流電阻器”。電感通過直流電時的電阻值。這個參數影響最大最直接的就是發熱損耗,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中,選定Rdc更小的產品即可。
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,在一定頻率下呈現感性,超過一定頻率呈容性,阻抗反而隨著頻率的增加而減小,這個頻率就是轉折頻率。
12、居里溫度
居里溫度是鐵芯的一個重要參數,超過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鐵芯的居里溫度。鐵芯的磁導率一般在接近居里溫度時會急速上升,因而電感值亦上升,居里溫度導磁率降至很低,因而使電感值急速下降,當導磁率下降至室溫下的10%時,其溫度稱之為居里溫度。
13、測試頻率
測試頻率用來測量電感的電感值或Q值的頻率,工業上常用的測試頻率包括:1KHz、79.6KHz、252KHz、796KHz、2.52MHz、7.96MHz、25.2MHz、50MHz,現在的趨勢是根據客戶的使用頻率作為測試頻率。
14、鐵芯損失(core loss)
鐵芯損失,簡稱鐵損,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「導電」;若導電率高,即電阻率低,渦流損就高,如鐵氧體的電阻率高,其渦流損就相對地低。渦流損也與頻率有關,頻率愈高,渦流損愈大,因此鐵芯材料會決定鐵芯適當的工作頻率。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。若工作頻率超過此頻率,則渦流損會快速增加,鐵芯溫度也會提高。然而,隨著鐵芯材料日新月異,更高工作頻率的鐵芯應是指日可待。
另一個鐵損是磁滯損,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(swing)幅度有關;交流擺幅愈大,磁滯損也愈大。
在電感器之等效電路中,常用一個并聯于電感的電阻來表示鐵損。當頻率等于SRF時,電感抗和電容抗抵消,等效電抗為零,此時電感器之阻抗即等效于此鐵損電阻串聯繞線電阻,且鐵損電阻已遠大于繞線電阻,所以在SRF時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來估算,其鐵損約為1.25mW,這也說明了鐵損電阻愈大愈好。
15、封裝結構(shield structure)
鐵氧體電感的封裝結構有非遮蔽式、加磁膠之半遮蔽式、與遮蔽式,而不論哪一種都存在相當的空氣隙。顯然此空氣隙會有漏磁發生,且最壞的情況是會干擾周遭之小信號電路,或者,如果附近有導磁材料,其電感值也因此被改變。另一種封裝結構為沖壓式鐵粉電感,由于電感內部沒有間隙,且繞組結構扎實,因此磁場散逸問題較小。圖10是利用RTO 1004示波器之FFT功能量測沖壓式電感上方及側邊3mm處之漏磁場大小。表4列出不同封裝結構電感的漏磁場大小比較,可看出非遮蔽式(non-shielded)電感之漏磁最嚴重;沖壓式(molded)電感的漏磁最小,顯示其磁遮蔽效果最好。這兩種結構的電感之漏磁場大小相差約14dB,也就是將近5倍。
16、耦合(coupling)
在一些應用當中,有時PCB上會有多組直流轉換器,通常會相鄰排列,且其對應之電感器也會相鄰排列的情況,如果使用非遮蔽式或加磁膠之半遮蔽式的電感器,可能會相互耦合,形成EMI干擾。因此,在放置電感時,建議先標注電感的極性,將電感最內層之起繞點接到轉換器之切換電壓,如降壓轉換器的VSW,即動點,而將電感之外層出線端接到輸出電容,即靜點;銅線繞阻也因此如同形成一定程度的電場遮蔽。在多路轉換器的布線安排中,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問題。
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