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贸泽电子:电感的理论与实践

2021-11-26 07:32分类:电子元器件 阅读:

 

在一个由微控制器、ASIC、MCU、GPU和DSP推动的全球中,电感等无源元件一般 被视作有一些神密,很多人 觉得他们的应用包括一种难以理解的“法术(black art)”。可是,电感器的结构比较简单,一般 由紧紧围绕金属材料型体盘绕的简易电磁线圈构成,他们能够在当代电源电路中运行各种各样关键作用。因而,设计方案技术工程师必须多方面掌握两者的工作方式,并可以应对特殊运用挑选准确的电感。

遏制转变

尽管有一些电感是空芯的,但绝大多数都应用变压器铁芯,或是更常用的是选用铁氧体磁芯,这会提升电感工作中需要的磁化强度。当电流量扩大时,磁化强度也会提升,当电流量转变 时,如Michael Faraday的磁感应基本定律上述,电感两边的电流也会产生变化。这类工作电压被称作“自感电动势”,它发生的交流电在相对的角度上流动性,进而与初始电流量反过来,这类效用在伦茨基本定律(Lenz’s law)中取得了详尽的论述。

实质上,电感会遏制穿过电流量的一切转变 。这也是一种十分有效的特点,可在线路中用以光滑供电系统的輸出级等数据信号。电感在DC/DC转化器中非常有效,在其中电感从“换流器”电源开关波型中造成光滑的DC輸出。电感一般 也用以在RF和音频应用中给予仿真模拟过滤,或是他们还可以做为简易的抑制器来过虑和抑止通讯系统总线中的EMI等。

掌握你的主要参数

电感一般 用电路符号“L”表明,电感单位是伯特,用标记“H”表明(以十九世纪生物学家Joseph Henry取名)。一个伯特就是指电感中电流量以每秒钟1A的速度转变 时,磁感应造成1V的自感电动势需要的电感器量。事实上,伯特十分大,因而电感器值一般 在毫亨(mH)到纳亨(nH)的范畴内。

电感的过滤回应会随次数而转变 。每一个电感都是有一个自串联谐振(SRF),它是电感具备最显著过滤实际效果时的頻率。高过此頻率,电感逐渐主要表现得更像电力电容器,进而其过滤实际效果回减少。因而必须挑选高过系统软件输出功率的自串联谐振。

因为电感是用输电线弯绕产生,因而具备相应的电阻测量(DCR),其电阻值会伴随着输电线变窄和输电线拉长而增大,这代表着DCR一般 与电感器值成大约的正比例。DCR会可能会导致造成耗损,其高低与根据电感的电流量的平方米立即有关,很有可能造成电感在作业期内变暖,而这种不是期待造成的,尤其是在高功率的开关电源使用中,在其中消退造成的过多发热量是一个极大挑戰。

与DCR电阻器息息相关的是额定电压,一般 理解为允差电感器降低到特殊百分数,或电感关键內部发生特殊溫度增高时的电流量。尽管二者全是合理的检测规范,可是针对电感器或气温转变 值沒有广泛接纳的国家标准,因此要较为来源于不一样厂家的电感具备非常大趣味性。

要记牢的最后一个主要参数是“Q因素”,或是采用其全称“品质因素”。在统计学上,这也是在给出頻率下电感器与内阻的比率,很多人将其视作电感高效率的衡量。Q因素的值越高,该特殊电感越贴近理论上极致的电感。

电感的物理学文件格式也是一个考虑到要素。尽管很多电感为表层贴装型,可作为自动装配机,但很大种类电感(比如开关电源使用中采用的种类)很有可能依然具备导线,必须另外的生产制造流程。一些电感包含屏蔽掉(可以避免危害其它地区电源电路的电噪音),这类文件格式下,因为全部磁通量都留存在电感内,因而他们也高效率高些(具备更好的Q因素)。

电感的真实运用

虽然大部分电感大部分是紧紧围绕铁氧体磁芯缠线,可是要是使用不一样的原材料、输电线种类、样子因素和机械系统,会造成 十分不一样的特性,促使每一种电感都可以有最适用的运用。比如,RF电感用以必须无线通讯的系统软件,而且一般 被制定成维持最大程度的信号完整性。很多RF电感与通用性电感的不同点取决于他们趋向于应用非导电塑料电磁线圈架(coil former)。为了更好地完成RF运用需要的特性,电感器输出精度一般 不大(±5%),而且其构造函数必须保证绕阻间隔沿电感的长短方位稳定。一种新型固定不动频射电感是Coilcraft的132 系列产品。

电感的理论与实践

图1:Coilcraft的132系列产品RF电感实例。

在一些RF运用中,电感用以自动调谐电源电路,因此务必是可调整的,这也是根据将铝螺丝插进可调整的电磁线圈来完成,缘故是电磁线圈和螺丝中间的重合会产生变化。这种类别的电感能够是是非非屏蔽掉的,但一般 还可以选用金属材料抗干扰磁环,比如Coilcraft的164和165系列产品。

现如今,因为电子产品一般 必须达到一些管控组织的验证规定,以保证他们不容易影响RF频带,或遭受来源于其它设施的RF动能危害,因此干扰信号(EMI)针对大部分设计方案技术工程师而言全是一个实际难题。在非常简单的方面,这种使用的电感能够是含有单匝电磁线圈的铁氧体磁芯磁珠,还可以是能够夹在PCB布线周边的两一部分铁氧体磁芯磁珠。有专为EMI过滤设计方案的电感,这种电感一般 是中小型表层贴片元器件,可运行于他们的总体目标頻率范畴内。当代电子产品必须无线数据传输,1206系列产品 共模扼流线圈等电感元器件历经专业提升,可适用于快速USB数据信号路线。

很多数据通讯运用必须开展好几条路线的过滤,因而为了能节约PCB室内空间,一些生产商可以在一个便捷的封装形式中给予好几个电感。CCDLF系列产品在单独表层贴片封裝中可以供应高达10个绕阻,规格仅为9.14mm x 9.14mm。

电感的理论与实践

图2:Coilcraft 的CCDLF系列产品。

开关电源是电感的一个关键主要用途,在开关电源行业中有很多特殊运用,及其必须应用电感的更常用的过滤运用。一些输出功率电感(如DO1608C系列产品)对于笔记本和智能手机等当代大批消費商品做好了提升,可以给予站得住脚的低电阻测量,可降低消耗并抑止造成的发热量,与此同时适用解决谐波失真电流量需要的高效率能量储存。他们可以在较宽的温度范围(-40℃~ 85℃)内运作,并历经AEC-Q200 3级验证,可用以汽车内部电源电路。

针对更大功率运用,SER80xx系列 可以给予0.50至10μH的电感器,并选用紧凑8.80mm x 8.80mm表层贴片封裝,这种部件的额定电压可超出20A,这代表他们适用降血压转化器中的变压电感。Coilcraft数据信息指南可便于地对于允差电感器减少10%、20%和30%,及其20℃和40℃的升温特定饱和电流(ISAT),使其更非常容易地与其它生产商的设备开展较为。

尽管基础理论测算能够获得电感的自然数,但最后值一般 是在搭建原形,更换元器件值以后得到,直至达到最佳特性。为了更好地简单化此项每日任务,贸泽电子可带来很多有关电感设计方案模块,在其中包括具有好几个电感器值的元器件,因而原形能够获得迅速调节,这也是对一切原形试验室的一种十分有價值的填补。

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