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行業(yè)資訊
電路設(shè)計電感器基礎(chǔ)知識
電感器基本上具有以下功能。
當(dāng)電流流過它們時會產(chǎn)生磁場。相反，當(dāng)磁場變化時，電流流動。
將電能轉(zhuǎn)換為磁能并進(jìn)行存儲。
通過直流電，但不容易通過交流電，在較高頻率下，交流電不太容易通過。
（1）和（2）是由電流的磁作用及其反向（即電磁感應(yīng)）引起的特性。（3）是指電感的直流和交流特性引起的阻抗。下面的特定示例顯示了如何使用這些特征。
（1）電流流過時會產(chǎn)生磁場。相反，當(dāng)磁場變化時，電流流動。?變壓器原理
結(jié)構(gòu)示例在初級側(cè)和次級側(cè)具有兩條繞線，因此可以視為與變壓器相同。將電流傳遞到初級側(cè)繞線將產(chǎn)生磁場，該磁場將在次級側(cè)繞線上產(chǎn)生電流。這是由于電磁感應(yīng)，在變壓器的情況下稱為互感。通過該動作，可以基于一次側(cè)和二次側(cè)繞線之間的匝數(shù)之比轉(zhuǎn)換為期望的電壓。
（2）將電能轉(zhuǎn)換為磁能并存儲。?扼流圈原理
這是DC / DC轉(zhuǎn)換器中電感器的示例。通過打開開關(guān)使電流流過電感器將產(chǎn)生磁場，從而導(dǎo)致電感器以磁能形式存儲能量。通過關(guān)閉開關(guān)來停止流過電感器的電流，將釋放存儲的磁能（磁場變化），從而導(dǎo)致電流流動。這也歸因于電磁感應(yīng)，在感應(yīng)器由單根繞線組成的情況下，這稱為自感應(yīng)。
（3）傳遞直流電但不容易傳遞交流電，在較高頻率下傳遞交流電也不容易。?過濾功能
電感器可以與電容器組合以創(chuàng)建低通，高通濾波器等。這利用了它們的特性，由于阻抗隨頻率的變化，改變了交流通過的難易程度。阻抗特性將在后面描述。
電感特性
理想和實際電感器（阻抗特性）
理想的電感器除了電感以外沒有其他元件，并且沒有能量損失。但是，實際的電感器除了具有電感（參見等效電路）外，還具有電阻組件（DC電阻：DCR）和電容（雜散電容：Cp）。電阻由繞線和芯線的電阻分量組成。電容主要由繞線的線電容組成。
電感的等效電路
該圖顯示了理想電感器和實際電感器的阻抗特性相對于頻率的概念圖。理想電感器的阻抗隨著頻率的增加而線性增加。然而，在實際的電感器中，由于雜散電容而發(fā)生自諧振現(xiàn)象，并且阻抗甚至在更高的頻率下降低，從而導(dǎo)致電感器失去其原始功能。損耗也會由于電阻成分而發(fā)生，并且會降低阻抗。
電感器的阻抗（Z）由以下公式表示。
Z = R + 1 /（1 /jωL+jωC）
阻抗的絕對值由以下公式計算
?| | =√ - [R 2 + 1 /（1 /ωL-ωC） 2
?
：阻抗[Ω]
[R
：直流電阻分量
（DCR）[Ω]
C
：雜散電容（Cp）[F]
?
：虛數(shù)
ω
：2πf
（π：Pi（3.14），
f：頻率[Hz]）
大號
：電感[H]
磁飽和特性
當(dāng)流動電流超過磁飽和允許電流（DC偏置允許電流）的最大值時，電感器變得磁飽和，導(dǎo)致電感減小。如上面的阻抗方程所示，當(dāng)電感飽和時，阻抗變小，流過它們的電流反常變大。結(jié)果，例如，DC / DC轉(zhuǎn)換器可能遭受較低的效率和故障。磁飽和允許電流是電感器的重要特性。
交流電阻（ACR）
盡管在阻抗部分的前面僅介紹了直流電阻（DCR），但實際的電感器還包括在磁芯上產(chǎn)生渦流損耗的電阻成分以及由于集膚和鄰近效應(yīng)而增加的導(dǎo)線電阻成分。這些組件稱為交流電阻（ACR）。交流電阻（ACR）的值與頻率成正比，它對功率損耗和高頻下的元件溫度升高具有重大影響，因此在實際使用中必須予以考慮。（渦流損耗，集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)將在后面描述。）
其他特征
電感器的其他特性和相關(guān)術(shù)語總結(jié)如下。
Q因子（品質(zhì)因子）
： Q因子，是指在特定頻率下電感抗與電感電阻之比，是電感性能的指標(biāo)。Q值越高，電感器越接近理想電感器。通過將電感電抗XL（=ωL=2ΠfL）除以ACR而獲得的值表示損耗相對于頻率的大小。該公式表明，當(dāng)ACR較小時，Q較高。
銅損
： 電流流過導(dǎo)線時，由于電阻成分引起的損耗稱為銅損耗。
鐵損
： 磁通通過鐵心時發(fā)生的損耗（磁滯和渦流損耗）稱為鐵損耗。
皮膚效果
： 增加流過導(dǎo)體的電流的頻率會使電流僅流過導(dǎo)體的表面，從而導(dǎo)致表面部分的電流密度更高，從而導(dǎo)致電阻值增加。這被稱為皮膚效應(yīng)。
鄰近效應(yīng)
： 當(dāng)多根導(dǎo)線彼此靠近時，由每根繞線形成的磁場會感應(yīng)出渦流。在高頻下，在每條導(dǎo)線中流動的電流集中在與相鄰導(dǎo)線接觸的狹窄區(qū)域中，從而導(dǎo)致在鄰近部分的電流密度更高，從而電阻值增加。這稱為鄰近效應(yīng)。
渦流損耗
： 由于電磁感應(yīng)而變化的磁場會在導(dǎo)體的芯中產(chǎn)生渦流。由于芯材料的電阻，產(chǎn)生該電流的能量被轉(zhuǎn)換為熱量作為損耗。這被稱為渦流損耗。
磁滯損耗
： 改變或反轉(zhuǎn)鐵芯中的磁場會使鐵芯回到具有磁滯的原始狀態(tài)（磁芯材料的BH圖中顯示了磁滯回線）。滯后作用所消耗的能量作為熱量損失。這稱為磁滯損耗，與磁滯回路的面積成正比。
電感器主要規(guī)格
電感器的主要規(guī)格如下所示。盡管在上一節(jié)中介紹了電感器的各種特性，但并非所有特性都被指定為規(guī)格。這里，總結(jié)了電感數(shù)據(jù)表中規(guī)定的典型特性。應(yīng)該注意的是，物品的可用性和規(guī)定的條件因制造商和產(chǎn)品而異，因此有必要仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)表的注釋等。
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規(guī)格項目 |
含義/條件等 |
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電感（L值）[μH] |
特定頻率下的標(biāo)稱電感 |
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直流電阻（DCR）[Ω] |
構(gòu)成電感器的導(dǎo)體（銅線）的電阻分量 |
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額定電流：溫升（ΔT）[A] |
施加交流電時溫度升高達(dá)到40 K時的額定電流值 |
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額定電流：直流偏置（ΔL）[A] |
施加直流電流（直流偏置）時，L值從初始值減小到指定比率時的額定電流 |
“電感”顯然是必不可少的項目，它表示指定頻率下的值，并且具有例如±30％的容差。
如前所述，“ DC電阻”主要由繞線的電阻組成，其公差為±20％。
交流電阻（ACR），也被解釋為電阻組件，通常沒有在規(guī)格中指出，必須根據(jù)需要與制造商聯(lián)系。
“額定電流”有兩個項目。盡管“溫度升高”通常指定施加直流電流時溫度升高40 K時的額定電流，但是其條件可能因制造商和產(chǎn)品而異。
其他項“ DC偏置電流”通常表示電感變?yōu)?span>-30％時的最大電流值，但條件也因制造商和產(chǎn)品而異。
盡管額定電流是一個重要的指標(biāo)，但并非始終都標(biāo)出這兩項。如果僅指示其中之一，則應(yīng)遵循該等級。但是，在某些情況下可能需要與制造商聯(lián)系。
除了這些項目外，有時還會指定“自諧振頻率”。如前所述，它表示電感器能夠正常用作電感器的極限頻率。
電感類型
電感器的種類繁多，其分類方法因透視而異。下圖將應(yīng)用分為信號和功率，并按磁性（芯）材料和構(gòu)造方法對每個類別進(jìn)行分類。