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简介
电感器(Inductor)又称扼流器、电抗器、动态电抗器,是能够把电能转化为磁能而存储起来的磁性电子元器件。下文以电感代替电感器,简单介绍电感的简介、工作原理、选型参数和典型应用。常见电感封装如下图。
电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、引脚(接脚)等组成,导线或线圈绕在磁性材料上。其结构如下图所示:
电感的单位是亨(H),此外,还有毫亨(mH)和微亨(μH),其换算关系为:1H=1000mH,1mH=1000μH,H单位较大,电路中常用到的单位是μH和mH。
工作原理
当电感有电流留过时,会产生磁场,这个磁场会储存一部分电能,当电流停止(或电路断开)或改变方向时,磁场会释放储存的电能,试图维持电流不变,使得电流继续沿原来方向流动。
关键参数
- 下面以功率电感IFSC1008AB参数为例,简单说明下。
电感量(L)
电感量的大小取决于线圈的匝数、线径、磁芯材料等因素。有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大,磁心导磁率越大的线圈,电感量也越大。
实际电感量可能受到线圈形状、材料、温度等多种因素的影响。电感量理想计算公式如下:
线圈电感量的一般公式:
L = (N^2 * μ0 * μr * A) / l
L 是电感量,单位为亨利(H);
N 是线圈匝数;
μ0 是真空磁导率,约为 4π × 10^-7 H/m;
μr 是线圈介质的相对磁导率;
A 是线圈的横截面积,单位为平方米;
l 是线圈的长度,单位为米。
这个公式表明电感量与线圈匝数、介质磁导率、横截面积和长度有关。
空心电感计算公式:
L(mH) = (0.08 * D * D * N * N) / (3 * D + 9 * W + 10 * H)
L 是电感量,单位为毫亨(mH);
D 是线圈直径,单位为毫米;
N 是线圈匝数;
W 是线圈宽度,单位为毫米;
H 是线圈高度,单位为毫米。
通过阻抗计算电感量:
电感量(mH) = 阻抗(ohm) / (2 * π * F(工作频率))
阻抗是线圈在工作频率下所呈现的电阻抗,单位为欧姆(ohm);
F 是工作频率,单位为赫兹(Hz)。
这个公式用于根据已知的阻抗和工作频率来计算电感量。
直流电阻(DCR)
DCR是指在没有交流信号的情况下,电感对直流电流呈现的电阻。DCR通常由电感的材料、尺寸和结构决定。一般会给出25℃典型值和最大值。电路设计是需根据具体应用选择合适的DCR值。
额定电流(IDC)
指电感在正常工作条件下能够承受的最大直流电流,它决定了电感在电路中的适用范围和可靠性。
当电感通过的直流电流大于其额定电流时,可能会导致电感过热、磁饱和甚至损坏。
在电路设计中,要求选择合适额定电流的电感,同时还应保证电感能够承受电路的峰值电流。
电流大小与电感的曲线关系图如下:
饱和电流(ISAT)
电感中流过的电流达到饱和状态时的电流大小。饱和电流时,电感中的磁场强度达到最大值。
品质因素(Q值)
品质因素是衡量电感质量的主要参数,它表示电感元件的蓄能能力与损耗能力之比。电感的Q值越高,表明电感在储存能量时越能减小电能的损耗和磁能的泄漏,效率越高,从而更好的发挥其性能。
品质因数的高低与电感线圈导线的材质、粗细、多股或单股线、绕制方法、骨架的介质损耗、高频趋肤效应、有无磁芯、有无屏蔽罩等因素密切相关。
下图为品质因素Q值和电感与频率的对应曲线图:
电路设计时要注意Q值和工作频率的对应关系,选择适合工作环境的电感。
其他(分布电容)
其他参数还有如误差、分布电容(寄生电容)等
分布电容(parasitic capacitance of inductor):指在实际电感中,由于结构或制造工艺等原因,会存在一定的电容效应。
寄生电容会影响电感的高频特性, 当工作频率较高时,电感寄生电容会导致电感呈现出电容性,使得阻抗幅值降低,Q值减小,甚至可能导致谐振频率的偏移。