电感

电感的损耗主要有以下两种:

线圈损耗:DCR,ACR

磁芯损耗:磁滞损耗,涡流损耗,剩余损耗

线圈损耗

DCR,一般认为是电感线圈的直流电阻,这个参数一般在厂家给出的电感规格书中都有。DCR这个比较容易理解,线圈的线总长越长,电阻越大,线圈越细,电阻也越大。

所以,一般来说,电感量越大,DCR越大,因为需要的线圈越长。过流能力大的电感,线圈线径越粗,所以DCR会小一些,但是体积会更大。

ACR,可称之为交流电阻。我们在实际的DCDC开关电源中,电感的电流并不是恒定的,而是周期性变化的。可以理解为可一个直流电流上面叠加一个交流电流,之所以要分开,那是因为,两种电流所感受到的电阻不同。直流电流分量感受到的电阻为DCR,交流电流分量感受到的电阻要大于DCR,我们称之为ACR,需要注意,我这里说的是交流电阻,不是阻抗,就是不包含电感的感抗。


那这个ACR是怎么来的呢?

电流在导线中,由于集肤效应,导体内部电流分布不均匀,集中在导线的表面,造成等效的导线截面积降低,进而使导线的等效电阻随频率提高。那么这个集肤效应有多明显呢?或者说这个ACR影响大吗?下面举个例子:

下图为绕线式 SMD电感NR4018T220M 的交流电阻与频率关系图。在频率为1kHz时,电阻约为 360mΩ;到了100kHz,电阻上升到 775mΩ;在10MHz时电阻值接近160Ω。在估算铜损时,其计算须考虑集肤与邻近效应造成的ACR。总损耗P为:


其中IAC为该频率下的有效值RMS电流,RAC为该频率下的交流电阻。

之所以用到累加符号,是为了更准确的表达。用到的思想是把交流电流进行傅里叶级数展开为各个频率分量,分别计算各个频率分量的功耗,累加起来就是总的交流损耗。


磁芯损耗

磁芯损耗主要由三种构成,磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。

磁滞损耗如何理解呢?

磁芯在外磁场的作用下,材料中的一部分与外磁场方向相差不大的磁畴发生了‘弹性’转动,这就是说当外磁场去掉时,磁畴仍能恢复原来的方向;而另一部分磁畴要克服磁畴壁的摩擦发生刚性转动,即当外磁场去除时,磁畴仍保持磁化方向。因此磁化时,送到磁场的能量包含两部分:前者转为势能,即去掉外磁化电流时,磁场能量可以返回电路;而后者变为克服摩擦使磁芯发热消耗掉,这就是磁滞损耗。


上图为典型的磁滞曲线,从前面磁滞损耗的理解来看。剩磁Br越小,那么磁畴的刚性转动越少,损耗就越小。或者说磁滞损耗正比于磁滞回线包围的面积。

再来看一看涡流损耗

如下图,根据电磁感应定律,通电线圈产生磁场B,如果电流是交变的,那么产生的磁场B也是变化的。变化的磁场在磁芯上面产生电场e,并且这个电场是环形电场。因为磁芯材料的电阻率一般不是无限大的,会有一定的电阻值,那么感生出的环形电场会使磁芯中形成环形电流。电流流过电阻,就会发热,产生损耗,这就是涡流损耗。


最后看一看剩余损耗

剩余损耗的来源,是因为磁芯在磁化过程中,磁化状态并不是随磁化强度的变化立即变化到它的最终状态,而是需要一个过程,需要一定的时间,这便是引起剩余损耗的原因。

以上就是本文的主要内容,全面介绍了电感的损耗来源。不过我并没有对比各种损耗的大小。这是因为损耗跟电感的磁芯材料直接相关,而磁芯有非常多的种类,特性各不相同。即使是我们常说的铁氧体,那也是一个大类,细分有很多种,还有粉末铁芯亦是有非常多的种类。各种磁芯的特性,我也是不清楚的,估计只有厂家才能全面了解吧。

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围观 10

对于正弦信号,流过一个元器件的电流和其两端的电压,它们的相位不一定是相同的。这种相位差是如何产生的呢?这种知识非常重要,因为不仅放大器、自激振荡器的反馈信号要考虑相位,而且在构造一个电路时也需要充分了解、利用或避免这种相位差。下面探讨这个问题。

首先,要了解一下一些元件是如何构建出来的;其次,要了解电路元器件的基本工作原理;第三,据此找到理解相位差产生的原因;第四,利用元件的相位差特性构造一些基本电路。

一、电阻、电感、电容的诞生过程

科学家经过长期的观察、试验,弄清楚了一些道理,也经常出现了一些预料之外的偶然发现,如伦琴发现X射线、居里夫人发现镭的辐射现象,这些偶然的发现居然成了伟大的科学成就。电子学领域也是如此。

科学家让电流流过导线的时候,偶然发现了导线发热、电磁感应现象,进而发明了电阻、电感。科学家还从摩擦起电现象得到灵感,发明了电容。发现整流现象而创造出二极管也是偶然。

二、元器件的基本工作原理

电阻——电能→热能

电感——电能→磁场能,&磁场能→电能

电容——电势能→电场能,&电场能→电流

由此可见,电阻、电感、电容就是能源转换的元件。电阻、电感实现不同种类能量间的转换,电容则实现电势能与电场能的转换。

1、电阻

电阻的原理是:电势能→电流→热能。

电源正负两端贮藏有电势能(正负电荷),当电势加在电阻两端,电荷在电势差作用下流动——形成了电流,其流动速度远比无电势差时的乱序自由运动快,在电阻或导体内碰撞产生的热量也就更多。

正电荷从电势高的一端进入电阻,负电荷从电势低的一端进入电阻,二者在电阻内部进行中和作用。中和作用使得正电荷数量在电阻内部呈现从高电势端到低电势端的梯度分布,负电荷数量在电阻内部呈现从低电势端到高电势端的梯度分布,从而在电阻两端产生了电势差,这就是电阻的电压降。同样电流下,电阻对中和作用的阻力越大,其两端电压降也越大。

因此,用R=V/I来衡量线性电阻(电压降与通过的电流成正比)的阻力大小。

对交流信号则表达为:R=v(t)/i(t)。

注意,也有非线性电阻的概念,其非线性有电压影响型、电流影响型等。

2、电感

电感的原理:电感——电势能→电流→磁场能,&磁场能→电势能(若有负载,则→电流)。

当电源电势加在电感线圈两端,电荷在电势差作用下流动——形成了电流,电流转变磁场,这称为“充磁”过程。若被充磁电感线圈两端的电源电势差撤销,且电感线圈外接有负载,则磁场能在衰减的过程中转换为电能(如负载为电容,则为电场能;若负载为电阻,则为电流),这称为“去磁”过程。

衡量电感线圈充磁多少的单位是磁链——Ψ。电流越大,电感线圈被冲磁链就越多,即磁链与电流成正比,即Ψ=L*I。对一个指定电感线圈,L是常量。

因此,用L=Ψ/I表达电感线圈的电磁转换能力,称L为电感量。电感量的微分表达式为:L=dΨ(t)/di(t)。

根据电磁感应原理,磁链变化产生感应电压,磁链变化越大则感应电压越高,即:v(t)=d dΨ(t)/dt。

综合上面两公式得到:v(t)=L*di(t)/dt,即电感的感应电压与电流的变化率(对时间的导数)成正比,电流变化越快则感应电压越高。

3、电容

电容的原理:电势能→电流→电场能,电场能→电流。

当电源电势加在电容的两个金属极板上,正负电荷在电势差作用下分别向电容两个极板聚集而形成电场,这称为“充电”过程。若被充电电容两端的电源电势差撤销,且电容外接有负载,则电容两端的电荷在其电势差下向外流走,这称为“放电”过程。电荷在向电容聚集和从电容两个极板向外流走的过程中,电荷的流动就形成了电流。

要特别注意,电容上的电流并不是电荷真的流过电容两个极板间的绝缘介质,而只是充电过程中电荷从外部向电容两个极板聚集形成的流动,以及放电过程中电荷从电容两个极板向外流走而形成的流动。也就是说,电容的电流其实是外部电流,而非内部电流,这与电阻、电感都不一样。

衡量电容充电多少的单位是电荷数——Q。电容极板间电势差越大,说明电容极板被冲电荷越多,即电荷数与电势差(电压)成正比,即Q=C*V。对指定电容,C是常量。

因此,用C=Q/V表达电容极板贮存电荷的能力,称C为电容量。

电容量的微分表达式为:C=dQ(t)/dv(t)。

因为电流等于单位时间内电荷数的变化量,即i(t)=dQ(t)/dt,综合上面两个公式得到:i(t)=C*dv(t)/dt,即电容电流与其上电压的变化率(对时间的导数)成正比,电压变化越快则电流越大。

小结:v(t)=L*di(t)/dt

表明电流变化形成了电感的感应电压(电流不变则没有感应电压形成)。

i(t)=C*dv(t)/dt表明电压变化形成了电容的外部电流(实际是电荷量变化。电压不变则没有电容的外部电流形成)。

三、元件对信号相位的改变

首先要提醒,相位的概念是针对正弦信号而言的,直流信号、非周期变化信号等都没有相位的概念。

1、电阻上的电压电流同相位

因为电阻上电压v(t)=R*i(t),若i(t)=sin(ωt+θ),则v(t)=R* sin(ωt+θ)。所以,电阻上电压与电流同相位。

2、电感上的电流落后电压90°相位

因为电感上感应电压v(t)=L*di(t)/dt,若i(t)=sin(ωt+θ),则v(t)=L*cos(ωt+θ)。所以,电感上电流落后感应电压90°相位,或者说感应电压超前电流90°相位。

直观理解:设想一个电感与电阻串联充磁。从充磁过程看,充磁电流的变化引起磁链的变化,而磁链的变化又产生感应电动势和感应电流。根据楞次定律,感应电流方向与充磁电流相反,延缓了充磁电流的变化,使得充磁电流相位落后于感应电压。

3、电容上的电流超前电压90°相位

因为电容上电流i(t)=C*dv(t)/dt,若v(t)=sin(ωt+θ),则i(t)=L*cos(ωt+θ)。

所以,电容上电流超前电压90°相位,或者说电压落后电流90°相位。

直观理解:设想一个电容与电阻串联充电。从充电过程看,总是先有流动电荷(即电流)的积累才有电容上的电压变化,即电流总是超前于电压,或者说电压总是落后于电流。

下面的积分方程能体现这种直观性:

v(t)=(1/C)*∫i(t)*dt=(1/C)*∫dQ(t),即电荷变化的积累形成了电压,故dQ(t)相位超前v(t);而电荷积累的过程就是电流同步变化的过程,即i(t)与dQ(t)同相。因此i(t)相位超前于v(t)。

四、元件相位差的应用

——RC文氏桥、LC谐振过程的理解

无论RC文氏桥,还是LC的串联谐振、并联谐振,都是由电容或/和电感容元件的电压、电流相位差引起的,就像机械共振的节拍一样。

当两个频率相同、相位相位的正弦波叠加时,叠加波的幅度达到最大值,这就是共振现象,在电路里称为谐振。

两个频率相同、相位相反的正弦波叠加,叠加波的幅度会降到最低,甚至为零。这就是减小或吸收振动的原理,如降噪设备。

当一个系统中有多个频率信号混合时,如果有两个同频信号产生了共振,那么这个系统中其它振动频率的能量就被这两个同频、同相的信号所吸收,从而起到了对其它频率的过滤作用。这就是电路中谐振过滤的原理。

谐振需要同时满足频率相同和相位相同两个条件。电路如何通过幅度-频率特性选择频率的方法以前在RC文氏桥中讲过,LC串并联的思路与RC相同,这里不再赘述。

下面我们来看看电路谐振中相位补偿的粗略估计(更精确的相位偏移则要计算)

1、RC文氏桥的谐振(图1)

若没有C2,正弦信号Uo的电流由C1→R1→R2,通过R2上压降形成Uf输出电压。由于支路电流被电容C1移相超前Uo 90°,这超前相位的电流流过R2(电阻不产生相移!),使得输出电压Uf电压超前于Uo 90°。

在R2上并联C2,C2从R2取得电压,由于电容对电压的滞后作用,使得R2上电压也被强制滞后。(但不一定有90°,因为还有C1→R1→C2电流对C2上电压即Uf的影响,但在RC特征频率上,并联C2后Uf输出相位与Uo相同。)

小结:并联电容使得电压信号相位滞后,称为电压相位的并联补偿。

详解电容、电感的相位差是如何产生的?

2、LC并联谐振(图2)

若没有电容C,正弦信号u通过L感应到次级输出Uf,Uf电压超前于u 90°;在L初级并联电容C,由于电容对电压的滞后作用,使得L上电压也被强制滞后90°。因此,并联C后Uf输出相位与u相同。

3、LC串联谐振(图3)

对于输入正弦信号u,电容C使得串联回路中负载R上的电流相位超前于u 90°,电感L则使得同一串联回路中的电流相位再滞后90°二者相位偏移刚好抵消。因此,输出Uf与输入u同相。

总 结:

(注意,相位影响不一定都是90°,与其它部分相关,具体则要计算)

串联电容使得串联支路电流相位超前,从而影响输出电压相位。

并联电容使得并联支路电压相位滞后,从而影响输出电压相位。

串联电感使得串联支路电流相位滞后,从而影响输出电压相位。

并联电感使得并联支路支路电压超前,从而影响输出电压相位。

更简洁的记忆:

电容使电流相位超前,电感使电压相位超前。(均指元件上的电流或电压)

电容——电流超前,电感——电压超前。

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围观 4

为了提高电网的功率因数,减少干扰,平板电视的大多数电源都采用了有源PFC电路,尽管电路的具体形式繁多,不尽相同,工作模式也不一样(CCM电流连续型、DCM不连续型、BCM临界型),但基本的结构大同小异,都是采用BOOST升压拓扑结构。

如下图所示,这是一典型的升压开关电源,基本的思想就是把整流电路和大滤波电容分割,通过控制PFC开-关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化,获得理想的功率因数,减少电磁干扰EMI和稳定开关电源中开关管的工作电压。

升压PFC电感上的二极管原来是这个作用!

上图是一个广泛应用的升压型开关电源拓扑,相信大家并不陌生。在这个电路中,PFC电感L在MOS开关管Q导通时储存能量,在开关管截止时,电感L上感应出右正左负的电压,将导通时储存的能量通过升压二极管D1对大的滤波电容充电,输出能量。Boost升压PFC电感L上都并连着一个二极管D2。

观点众说纷纭

关于这个二极管的作用,在电源工程师中有一些不同的看法,摘录如下:

说法一:减少浪涌电压对电容的冲击在开机瞬间限制PFC电感L因浪涌电流产生巨大的自感电势,从而造成电路故障。每次电源开关接通瞬间加到电感上的可以是交流正弦波的任意瞬时值,如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值峰点附近,那么给电感所加的是一个突变的电压,会引起电感L上产生极大的自感电势,该电势是所加电压的两倍以上,并形成较大的电流对后面的电容充电,轻则引起输入电路的保险丝熔断,重则引起滤波电容及斩波开关管Q击穿。设置保护二极管D2后在接通电源的瞬间,由D2导通并对C充电,使流过PFC电感L的电流大大减小,产生的自感电势也要小得多,对滤波电容和开关管的危害及保险丝的熔断可能要小得多。

说法二:减少浪涌电压对升压二极管的冲击该二极管分流一部分PFC电感和升压二极管支路的电流,因而能对升压二极管起保护作用。

误区解析

以上的观点都提到了该二极管D2的保护作用,都有一定的道理,但上述的有些解释有值得商榷的地方。

大家知道:PFC电路后面大的储能滤波电容C和PFC电感L是串联的,由于电感L上的电流不能突变.PFC电感本身对大的滤波电容C的浪涌电流起限制作用,不会出现观点一提到的“电源开关接通的瞬间电感L1上产生极大的自感电势时电容的充电的情况,”因为自感电势的方向也是左正右负,此观点令人费解。并联保护分流二极管D2以后,这一路由于没有电感的限制作用,对滤波电容的冲击反而会更大,不会减小。实践也证明,去掉二极管D2后,电容C上的浪涌冲击反而减小。观点二保护升压管D1说法,有一定的道理,因为D1是快速恢复二极管,承受浪涌电流的能力较弱,减小反向恢复电流和提高浪涌电压承载力是相互牵制的,而D1所采用的普通整流二极管承受浪涌电流的能力很强,如1N5407的额定电流3A,浪涌电流可达200A。不过由于升压二极管D1有串接的PFC电感L的限流作用,笔者认为保护二极管D2的最主要作用还不仅仅是保护升压管D1。一些资料也有说明并联二极管D2是减少开机过程的浪涌电压,这个总体的说法没错,但我认为该保护二极管D2表面降低的是对PFC电感和升压二极管的浪涌冲击,但实际上还有一个重要的作用:保护PFC开关管。

在开机的瞬间,滤波电容的电压尚未建立,由于要对大电容充电,通过PFC电感的电流相对比较大,有可能在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值,在对电容充电的过程中PFC电感L有可能会出现磁饱和的情况,如果此时PFC电路工作,就麻烦了,流过PFC开关管的电流就会失去限制,烧坏开关管。为防止悲剧发生,一种方法是对PFC电路的工作时序加以控制,即当对大电容的充电完成以后,再启动PFC电路;另一种比较简单的办法就是并接在PFC线圈和升压二极管上一个旁路二极管,启动瞬间给大电容的充电提供另一个支路,防止大电流流过PFC线圈造成饱和,避免PFC电路工作瞬间造成开关管过流,保护开关管,同时该保护二极管D2也分流了升压二极管D1上的电流,保护了升压二极管。另外,D2的加入使得对大电容充电过程加快,其上的电压及时建立,也能使PFC电路的电压反馈环路及时工作,减小开机时PFC开关管的导通时间,使PFC电路尽快正常工作。

综上所述,以上电路中二极管D2的作用是在开机瞬间或负载短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况下给电容提供充电路径,防止PFC电感磁饱和对PFCMOS管造成的危险,同时也减轻了PFC电感和升压二极管的负担,起到保护作用。该二极管的作用仍然可以说是减少浪涌电压的冲击,但主要是为了减少浪涌电压对开关管造成的威胁,对升压二极管也有分流保护作用,而不是保护滤波电容的。在开机正常工作以后,由于D2右面为B+PFC输出电压,电压比左面高,D2呈反偏截止状态,对电路的工作没有影响,D2可选用可承受较大浪涌电流的普通大电流的整流二极管。

在有些电源中,PFC后面的电容容量不大,也有的没有接入保护二极管D2,但如果PFC后面是使用大容量的滤波电容,此二极管是不能减少的,对电路的安全性有着重要的意义。

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围观 21

一、0欧姆电阻

重点介绍:模拟地和数字地单点接地。

只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是“浮地”,存在压差,容易积累电荷,造成静电。地是参考0电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。

人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。

不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题: 
① 用磁珠连接;  
② 用电容连接;  
③ 用电感连接;  
④ 用0欧姆电阻连接。

区别:
① 磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合;
② 电容隔直通交,造成浮地;
③ 电感体积大,杂散参数多,不稳定;
④ 0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

0欧姆电阻的其它作用:
① 在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。  
② 可以做跳线用,如果某段线路不用,直接不贴该电阻即可(不影响外观)。
③ 在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替。  
④ 测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。  
⑤ 布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻   
⑥ 在高频信号下,充当电感或电容用(与外部电路特性有关),主要是解决EMC问题。如地与地,电源和IC Pin间   
⑦ 单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统。)   
⑧ 熔丝作用   
⑨ 跨接时用于电流回路

当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。

⑩ 配置电路   

一般,产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置,易引起误会,为了减少维护费用,应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。空置跳线在高频时相当于天线,用贴片电阻效果好。  

⑾ 其他用途   

布线时跨线、调试/测试用、临时取代其他贴片器件、作为温度补偿器件,更多时候是出于EMC对策的需要。

另外,0欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔),还有就是不同尺寸0欧电阻允许通过电流不同,一般0603的1A,0805 的2A,所以不同电流会选用不同尺寸的。

还有就是为磁珠、电感等预留位置时,得根据磁珠、电感的大小还做封装,所以0603、0805等不同尺寸的都有了。

附:1欧姆电阻的作用

1欧姆电阻在电路中经常是用来测试的,比如:需要测一个电路中的电流时,我们可以在该电路中串一个1欧姆电阻,测量其两端的电压即是该电路的电流(I=U/R,因为R=1,所以测出的电压值即是电流值)。

二、磁珠

磁珠专用于抑制信信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。

磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHZ。

磁珠有很高的电阻率和磁导率,等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。

磁珠的功能:

主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。

要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。

磁珠有很高的电阻率和磁导率,它等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。它比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。

作为电源滤波,可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了。

注:磁珠的单位是欧姆,而不是亨利,这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率 产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。

三、电感

电感是闭合回路的一种属性。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抵制通过线圈中的电流。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,单位是“亨利(H)”。

磁珠和电感的区别:

电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路,侧重于抑止传导性干扰;磁珠多用于信号回路,主要用于EMI方面。

磁珠用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种储能元件,用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz。

在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了。

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围观 8

1、电感究竟如何工作

在电脑电源的内部结构图中,我们经常会看到一些缠绕的线圈,大部分消费者会知道这是电感。但电感是如何工作的呢?相信很多消费者对其并不是很清楚。

其实电感是闭合回路中的一种属性,当闭合回路中的电流发生改变时,电感中会产生电动势来抵抗电流的改变,这种也叫自感。而电感产生的感应作用会让另一个电感产生电动势,这样的电感叫互感。

电感的这种特性在现实生活中应用还是非常广泛的,我们最常见的还是电脑电源中的电感。这里面的电源主要的作用就是用来滤除干扰的,从而使得电路中的电流没有较大的变化,让电源运行起来更加稳定。

那么电感究竟是如何工作的呢?接下来,我们将为大家简单介绍一下。

2、什么是电感

电感其实就是把电导材料盘绕磁芯制成,我们常见的就是铜导线绕制在磁芯上。特别是在电脑电源中,这种电感更是很常见。下面就来看一下,我们所说的电感是什么样的吧。


这个铜导线绕制而成的线圈在我们生活中是经常见到的,这个电感又称为磁芯电感。那么还有一种电感也是我们生活中经常见到的,下面我们就来看一看。


上图中,这一种绕制的线圈为空芯电感。这种电感在实际应用中也是比较广泛的,因为它的电感值一定,所以应用是比较简单的。


根据电磁感应定律,我们可以知道当线圈中有电流通过时,线圈的周围会产生磁场。当电流发生变化时,周围的磁场也要产生相应的变化,而变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势,这个电动势反过会抵抗电流的变化,这叫做自感。而当两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,而这叫做互感。

最后,我们得出的结论就是电感其实就是一个电导材料绕制的线圈,而线圈是有着电磁感应的特性的,因此这个线圈就被我们称为电感。

3、电感有什么特性

电感究竟有哪些特性呢?其实,我们在上文中已经透露了一部分,那就是当线圈中的电流发生改变时,线圈会产生感应电动势,而这个感应电动势会抵抗电流的通过。说起来是比较抽象的,那么我们举个例子来看一下。


当我们想压缩弹簧时,弹簧会给我们一个反弹的力量,也就是说,弹簧的弹力在阻止我们对弹簧进行压缩。其实,感应电动势就像弹簧的反弹力一样,当线圈中的电流试图改变时,感应电动势就会阻止它,让电流尽量能保持在一个相对平衡的状态。

那么如果弹簧压缩下去后,我们松开手后,弹簧还会回复到原先的形状。那么电感是不是也是这样的呢?回答是肯定的。

能够储存能量也是电感的一大特性,当电感中的电流过高时,电感为了维持电流的平衡,自然会储存一部分能量,当电流回到初始的状态时,电感则会释放一部分能量。就像弹簧储存了一部分势能一样,弹簧不会一次就回到初始形状,它会经过反复震动,直到把势能释放完全后才会回到初始形状。


电感另一特性就是互感,一个回路的电流产生一个磁场,而该磁场会影响第二个回路,这种相互作用,我们称之为互感。而互感最典型的应用就是变压器,这是我们生活中经常见到的。

4、常见的电感有哪些

说了电感的特性后,接下来,我们就要说说生活中,我们常见的电感有哪些了。生活中,我们常见的电感一般分为小型固定电感器、可调电感器及阻流电感器。小型固定电感器一般常用于滤波、振荡、陷波、延迟等电路,而我们常见的电脑电源上大部分都采用此类电感。


可调电感器则常见于收音机或者电视机上。可调电感器通常分为振荡线圈、行线性线圈、中频陷波线圈、音响用频率补偿线圈、阻波线圈等。


在电视机线路板上,我们可以看到此类电感,一般他们用来调亮度或者色彩度。


其实阻流电感器就是利用了电感的自感特性,另外阻流电感器还有阻止交流通过直流的特点。因此在交流转直流的电子设备中经常见到。

5、电脑电源中的电感如何工作

最后我们要说的就是电脑电源中的电感如何工作了。在电脑电源中的电感,一般都是起到滤波的作用的。但是,这里我们不得提到差模电感和共模电感的区别了。首先我们来看一下什么是差模电感。


差模电感是一个绕组,它单独接在火线与零线上,它只能滤除差模干扰。


共模电感是两个绕组分别接在零线和火线上,两个绕组同进同出,它滤除的是共模信号。

那么什么叫差模,什么叫共模呢?两根电源线之间的干扰叫差模干扰,两根电源线对地之间的干扰叫共模干扰。

通过对电感的分析介绍,我们总结出来了以下几点:

1、电感有平衡电流的作用。

2、电感有储存电能的作用。

3、电感有避免干扰的作用。

4、阻流电感还有阻交流通直流的作用。

5、电感的种类繁多,但是归根结底,都是利用了感应电动势对电流的抵御作用。

电源中的这两种电感就是利用了电感的特性,利用感应电动势对电流改变的抵御作用,在很大程度上避免了电源线与电源线之间产生的磁场进行相互干扰,避免了电源线磁场与地磁场之间相互干扰,从而保证了电流的稳定性。

来源:岑科电感

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和。Vishay Dale 和电感器采用3.3 mm x 3.3 mm 1212外形尺寸,节省下一代高级驾驶辅助系统(ADAS)和传感器应用空间,工作温度+125 °C,高度极低仅为1.0 mm,工作温度达+155 °C,高度为1.2 mm。

日前发布的器件符合AEC-Q200标准,用于DC/DC转换器储能时频率可达5MHz。同时,电感器在自谐振频率范围内的大电流滤波应用中具有出色的噪音衰减性能。电感器可在高温下工作,适用于滤波和DC/DC转换,应用包括ADAS、传感器、车载娱乐/导航系统,以及中等强度电流滤波应用的噪声抑制。

IHLP-1212AZ-A1、IHLP-1212AB-A1和IHLP-1212AB-5A引脚封装采用100% 无铅(Pb)屏蔽复合结构,蜂鸣噪声降至超低水平,对热冲击、潮湿、机械振动有很强的抵御能力,可无饱和处理高瞬态电流尖峰。电感器符合RoHS和标准,无卤素。

器件规格表:

产品编号

IHLP-1212AZ-A1

IHLP-1212AB-A1

IHLP-1212AB-5A

外形尺寸

1212

1212

1212

高度 (mm)

1.0

1.2

1.2

感值范围 (mH)

0.10~1.0

0.10~1.2

0.10~1.2

典型DCR (mΩ)

8.60~63.61

8.98~60.16

7.01~53.49

最大DCR (mΩ)

9.20~66.38

9.61~62.79

7.50~57.65

热额定电流 (A)

3.47~10.50

3.81~10.48

3.98~11.50

饱和电流 (A)

5.23~19.21

5.61~18.92

3.84~11.79

典型SRF (MHz)

95~475

79~419

82~455

工作温度范围 (°C)

-55~+125

-55~+125

-55~+155

新型电感器现可提供样品并已实现量产,大宗订货供货周期为10周。

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