硬件基础知识补全计划【三】电感

一、电感理论

1.1 电容定义

电感定义电感定义将漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制而成的器件，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。

简单来说，电感将电力转化为磁场储存起来，需要释放的时候又将磁场转化为电能输出。

在电容能量未饱和下，磁畴排列是无规律的。

通电后根据楞次定律得知，磁畴逐渐同一方向，储存能量。

1.2 换算关系

亨利单位很大，通常使用mH，uH

1H = 1000mH = 10^6μH = 10^9nH

1.3 定义式

N 为线圈的匝数，A为线圈环绕的面积，l 为线圈匝叠成的长度，μ 为线圈内部物质的磁导率

也等价于 L=Φ/I 其中 Φ 则就是磁通量。

1.4 感抗公式

电容是通交阻直，电感的特性的则是隔交通直。与电容是相反的。容抗和感抗的性质几乎正好相反，而电阻的电阻则处在这这两个极端之间。

感抗与电感的大小的频率成正比，也就是说，在同频下，电感越大，感抗越大；在同电感下，频率越大，感抗越大。

1.5 电感充放公式

其中 di/dt 是电流和时间的导数，根据这个公式，电压 U 与电流变化率成正比，这意味着电流变化越快，电压就越大。

电感的电流也是不能跳变的，因为根据这个公式来看，电流跳变后导数会趋近无穷，也就是电压会无穷大。

1.6 屏蔽电感和非屏蔽电感

非屏蔽电感会造成电子干扰问题，屏蔽磁场一般是采用导磁材料将电感封闭在内，电感的N极和S极产生紧密耦合，磁场在中国导磁材料内形成回路。

 

 1.2 电容和电感的电流方向

在切换充放状态下，我们可以看到电感的电流的方向是不会改变的，而电容的电流方向颠倒了，这也是容性和感性最大的区别。

二、参数

我们用《功率电感  - 顺络 SWPA系列》进行参数解读

重要参数有：精度、直流电阻（DCR）、通流能力（Irms）、自谐振频率（SRF）、饱和电流（Isat）。我们按照从左到右顺序解读：

2.1 感值 (Inductance)

电感值，没什么好说的

2.2 直流电阻（DCR）

电感的直流电阻值，可以理解为寄生电阻参数，由绕线圈数和线的直径决定。一般绕电感的线越粗DCR越小，开关电源中为了提高效率可以采用DCR比较小的电感。

2.3 自谐振频率（SRF）

由于电感中的寄生电容，电感和自身的寄生电容有谐振频率，这个频率处电感阻抗最大，超过谐振频点阻抗开始下降，呈现容性。

2.4 饱和电流（Isat）

带有磁芯的电感，当电流增大到一定程度时，磁场强度不再增加，继续增大电流则元件的电感量将迅速下降。这个电流称为饱和电流，所以要是带磁芯的电感正常工作，不能使电流峰值超过饱和电流。不带磁芯的空心电感不存在饱和电流，其磁场随电流增大而增大，电感量不变。

2.5 通流能力（Irms）

电感由于有电阻损耗所以会发热，在热量不损坏电感的情况下，最大允许持续流过的电流。

2.5 选型方式

大多数情况根据手册选型即可，我们一般要关注感值，lrms，dcr 这些参数符合我们期望的电感电气属性即可。

三、应用案例

3.1 BUCK 降压电路

也称开关降压电源，通过不断开关电源，利用了在断流后电感电流方向不变的原理，其中电容是用于储能，如果我们去掉电感，会导致稳压波纹变得很大。

原理图应用：

3.2 BOOTST 升压电路

根据电感充放公式：

一旦电流 i = 0，电感自身就提升电压以维持电流，我们正是利用这一点制作的 BOOTST 升压电路。

原理图应用：