日志

硬件开发者之路之——阻容感的感

已有 3780 次阅读| 2017-10-11 01:08 |个人分类:技术生涯|系统分类:硬件设计

电感（Inductor)，多么熟悉又陌生的电子基础元器件！熟悉是因为但凡了解些电子的同学都知道它，陌生就因为不少工作了好几年的专业人员也说不明它的应用知识。知其然还要之其所以然呀！越来越发现大牛都是对细节把握很强的人！今天，我也来细细弄明白电感的一些知识，在成为大牛的路上铺好每一块砖。

一、电感作用简言之

即：

那么从头说起电感呢？这个图文并茂很赞！

TDK的几种电感类型

接下来我们更加详细的了解一下电感的基本特性，然后根据上面图示中的几大类应用分别作出解释。

线圈的等效模型：

而理想的电感则是忽略了RC，因此实际的电感会表现出RLC三种特性，这和电阻、电容的特性是一样的。实际上可以把阻容感理解成在不同频率下表现不同特性的一个器件，在频域在上分析特性会很清晰。

那么我们如何利用电感的不同特性来作不同应用呢？下面的图和公式就很明白了！

以上三种应用就是功率应用和信号应用，具体说来电感的功率应用偏向的是阻抗设计，功率应用偏向的是电压和电流的功率设计。

二、电感的信号处理应用

1、信号消除

所谓的信号消除就是电感的阻抗设计，如图电感会在某一频率下呈现阻抗最大值，这样就可以阻挡特定频率的信号通过。如磁珠的原理。

单独信号线上添加电感进行的是差模处理，而共模电感则是连接在两条线上，利用正反向电流的感应磁场相消除，来消除信号线对地的共模干扰。

2、信号挑选

其实也是信号消除，不过是涉及到通带的设计，如配合电容可以实现特定频率信号的滤波处理，得到有用信号。

LC滤波器在低频时会因为需要大电感而很少选择，在高频时因为特定的L需要绕制等原因应用的也不多，L的Q值使得滤波不够陡峭，但是LC具有相比于RC形式具有低损耗的优点，在一些功率信号的滤波中就有很好的应用。

三、电感的功率处理应用

电感在功率设计中的应用更加多样和复杂，涉及到EMI的问题，也更值得注意，我也是因为最近有个相关问题才决定写这篇总结的！现在重点学习一下电感在电源设计中的应用问题。

1、功率电感的参数：

1.1 L值：即无电流时的电感量，实际上通过电流时会小一点。

1.2 直流DCR：即电感的直流损耗，这个值会随温度升高变化较大，因此做好散热避免过度高温很重要。如公式：

Ro=Rdc*(1+（T-20）/234.5)= Rdc*(1+ΔT*0.0043)

1.3 饱和电流Isat：一般指电感量衰减20%时的直流电流值。饱和电流随温度、材料等变化。

1.4 纹波电流I：是指电感上电流的交流值大小，纹波过大会导致交流损耗大，影响寿命。在DC/DC中纹波电流小却需要大体积电感。

1.5 峰值电流Ipk：电感能通过的最大电流。

1.6 工作频率F：工作频率越大可以实现L越小，但是交流损耗变大。

2、功率电感的材料：

对于电感而言不同的磁芯材料对特性影响非常大。

2.1 镍锌铁氧体：电阻率极高，应用频率0.1~100MHz，目前小功率电感多用该材料。

2.2 锌锰铁氧体：主要分为高导铁氧体、功率铁氧体和温度稳定性铁氧体。应用频率10KHz~4MHz，具有硬饱和特性即电感随电流增大陡然下降。常用于共模电感。

2.4 铁粉芯：铁粉和粉末结合体，因为天然的气隙不需要开气隙，EMC特性好，性价比比较高。

3、磁性材料的几个参数简单说明：

3.1 磁导率：就是导通磁力线的能力，即磁感应强度和磁场强度的比值，μ=dB / dH。

3.2 磁芯的气隙：就是在磁芯中留个空气空间，利用空气的磁导率远小于磁芯材料来将将能量存在气隙上，从而避免磁饱和，但是容易增加损耗。

3.3 磁滞：就是磁性从零到饱和与从饱和到零并不是同一条线。

3.4 居里温度：简单说就是在特定温度条件下，磁性材料会失去磁性（由铁磁体到顺磁体的温度转变点）。

4、DC/DC应用中的电感设计

在DC/DC电源中我们经常用到电感，那么这个电感到底如何设计呢？简单的根据DataSheet来选个值明显不能学到解决问题的能力，一步步知其所以然很重要。

先以常见的降压BUCK电路为例：

在开关模式下，Q1打开时电流正向流过电感到负载到地。当Q1关闭时，L的电压不能突变，存储的能量相当于一个电源，负载端为正，电流依然正向流过负载，然后经过一个被称为续流二极管的CR1回到电感L的负极，完成Q1关断时的能量传输。这个过程中明显，电感中的电流是不断变化的，实际上又分CCM/DCM几种形式，后续细讲。