[导读]注|文末留言有福利器件选型是硬件工程师的基本工作,本文主要从电感的工艺和应用出发,介绍电感如何选型。01电感的基本原理电感、电容和电阻是电子学三大基本无源器件,电感的功能就是以磁场能的形式储存电能量。以圆柱型线圈为例,简单介绍下电感的基本原理:如上图所示,当恒定电流流过线圈时,根...
注 | 文末留言有福利器件选型是硬件工程师的基本工作,本文主要从电感的工艺和应用出发,介绍电感如何选型。01电感的基本原理
电感、电容和电阻是电子学三大基本无源器件,电感的功能就是以磁场能的形式储存电能量。
以圆柱型线圈为例,简单介绍下电感的基本原理:如上图所示,当恒定电流流过线圈时,根据右手螺旋定则,会形成一个图示方向的静磁场。而电感中流过交变电流,产生的磁场就是交变磁场,变化的磁场产生电场,线圈上就有感应电动势,产生感应电流:- 电流变大时,磁场变强,磁场变化的方向与原磁场方向相同,根据左手螺旋定则,产生的感应电流与原电流方向相反,电感电流减小;
- 电流变小时,磁场变弱,磁场变化的方向与原磁场方向相反,根据左手螺旋定则,产生的感应电流与原电流方向相同,电感电流变大。
以上就是楞次定律,最终效果就是电感会阻碍流过的电流产生变化,就是电感对交变电流呈高阻抗。同样的电感,电流变化率越高,产生的感应电流越大,那么电感呈现的阻抗就越高;如果同样的电流变化率,不同的电感,如果产生的感应电流越大,那么电感呈现的阻抗就越高。所以,电感的阻抗与两个因素有关:一是频率;二是电感的固有属性,也就电感的值,也称为电感。根据理论推导,圆柱形线圈的电感公式如下:可以看出电感的大小与线圈的大小及内芯的材料有关。
实际电感的特性不仅仅有电感的作用,还有其他因素,如:
- 绕制线圈的导线不是理想导体,存在一定的电阻;
- 电感的磁芯存在一定的热损耗;
- 电感内部的导体之间存在着分布电容。
因此,需要用一个较为复杂的模型来表示实际电感,常用的等效模型如下:等效模型形式可能不同,但要能体现损耗和分布电容。根据等效模型,可以定义实际电感的两个重要参数。
自谐振频率由于Cp的存在,与L一起构成了一个谐振电路,其谐振频率便是电感的自谐振频率。在自谐振频率前,电感的阻抗随着频率增加而变大;在自谐振频率后,电感的阻抗随着频率增加而变小,就呈现容性。
品质因素也就是电感的Q值,电感储存功率与损耗功率的比,Q值越高,电感的损耗越低,和电感的直流阻抗直接相关的参数。自谐振频率和Q值是高频电感的关键参数!
02电感的工艺结构电感的工艺大致可以分为3种:01绕线电感
顾名思义就是把铜线绕在一个磁芯上形成一个线圈,绕线的方式有两种:圆柱形绕法圆柱形绕法很常见,应用也很广,例如:图片来自Bing平面形绕法平面形绕法也很常见,大家一定见过一掰就断的蚊香。平面形绕法优点很明显,就是减小了器件的高度。
由公式可知,磁芯的磁导率越大,电感值越大,磁芯可以是:- 非磁性材料:例如空气芯、陶瓷芯,貌似就不能叫磁芯了;这样电感值较小,但是基本不存在饱和电流
- 铁磁性材料:例如铁氧体、波莫合金等等;合金磁导率比铁氧体大;铁磁性材料存在磁饱和现象,有饱和电流。
绕线电感可提供大电流、高感值;磁芯磁导率越大,同样的感值,绕线就少,绕线少就能降低直流电阻;同样的尺寸,绕线少可以绕粗,提高电流。
另外,在电源设计中,经常遇到电感啸叫的问题,本质就是磁场的变化引起了导体,也就是线圈的振动,振动的频率刚好在音频范围内,人耳就可以听见,合金一体成型电感,比较牢固,可以减少振动。02多层片状电感
多层片状电感的制作工艺:将铁氧体或陶瓷浆料干燥成型,交替印刷导电浆料,最后叠层、烧结成一体化结构。多层片状电感的比绕线电感尺寸小,标准化封装,适合自动化高密度贴装;一体化结构,可靠性高,耐热性好。03薄膜电感
薄膜电感采用的是类似IC制作的工艺,在基底上镀一层导体膜,然后采用光刻工艺形成线圈,最后增加介质层、绝缘层、电极层,封装成型。薄膜器件的制作工艺,如下图所示:光刻工艺的精度很高,制作出来的线条更窄、边缘更清晰,因此,薄膜电感具有:
- 更小的尺寸,008004封装;
- 更小的Value Step,0.1nH;
- 更小的容差,0.05nH;
- 更好的频率稳定性。
03电感的应用及选型电感,从工艺技术上,领先的基本上是三大日系厂商:TDK、Murata、Taiyo Yuden。这三家的产品线完整,基本上可以满足大多数需求。三家都有相应的选型软件,有电感、电容等所有系列的产品及相关参数曲线。- SEAT 2013 - TDK;
- Simsurfing - Murata;
- Taiyo Yuden Components Selection Guide
本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除( 邮箱:macysun@21ic.com )。
开环状态下的BUCK电路,控制环路完全断开,主功率管的驱动信号由外部的独立信号源直接控制,不再由输出电压的反馈信号自动调节。这种运行模式下,工程师可以完全自主地控制驱动信号的占空比、跳变时刻、脉冲宽度等所有参数,直接观察...
关键字:
电感
电流
在电脑主板、服务器、工控设备等硬件系统中,电流纯净度是保障芯片、接口、内存等核心器件稳定运行的关键。主板供电系统在高频开关、负载切换、电磁干扰的影响下,极易产生纹波、杂波、高频噪声、电流波动等问题,轻则导致设备卡顿、信号...
关键字:
电感
元器件
损耗
两只开关静态导通电阻接近,不代表换流瞬间就能平分电流。功率器件并联失衡常由支路电感和栅极电荷离散共同触发,问题发生在纳秒到微秒尺度,稳态温升很难还原起点。
关键字:
功率器件
并联
电感
在新能源发电、电动汽车、高端工业电源等领域,功率器件的高频化、高效率、小型化升级已成行业刚需。SiC MOSFET凭借宽禁带半导体的材料优势,具备击穿电压高、开关速度快、导通损耗低、耐高温性强等特性,逐步替代传统硅基MO...
关键字:
驱动器
电感
半导体
在电子电路的海量被动元件中,电感是存在感极强却又常被低估的核心器件。从手机的充电模块、电脑的主板供电,到新能源汽车的电控系统、基站的射频通信链路,几乎所有电子设备里都能找到它的身影。很多初学者对电感的认知只停留在“通直流...
关键字:
电感
电源
电力电子系统中的储能元件,主要包含电感、电容两类核心器件,是占据整机体积占比最高的部件,在传统开关电源中,电感和电容的体积之和往往超过整机总体积的50%。
关键字:
电感
电容
在开关电源中,磁元件发挥着不可或缺的作用,能够让电源在保持高效率和紧凑尺寸的同时,实现储能、电压转换、滤波及隔离等功能。在实际应用中,由于磁芯气隙和边缘效应,漏磁通可能会到达邻近金属,如散热器、衬底中的铜层和其他导体。这...
关键字:
开关电源
磁元件
电感
作为电子电路三大被动元件(电阻、电容、电感)之一,电感几乎存在于所有电子设备中。小到手机充电器里的毫米级贴片电感,大到电网输变电系统中的巨型电抗器,看似结构简单的线圈,却凭借"通直流、阻交流,通低频、阻高频"的核心特性,...
关键字:
电容
电感
在LCD背光驱动(Boost / SEPIC拓扑)中,电感(Inductor) 是影响转换效率、纹波与EMI的核心元件。很多工程师只按“电感值”选型,却忽略了饱和电流、DCR、磁芯损耗对效率的影响。本文以典型 6-LED...
关键字:
LCD背光驱动
电感
小到手机快充的升压电路、TWS耳机的充电仓供电,大到新能源汽车的电池管理系统、光伏逆变器的电压变换环节,电感式DC-DC升压器是当前应用最广的直流升压方案,能在损耗极低的前提下,把低直流电压转换成更高的稳定直流电压,其转...
关键字:
升压器
电感
在硬件开发的日常工作里,你一定见过这样的场景:原理图上两个元件符号几乎一模一样,封装大小相近,库房里摆在一起也很难一眼分清,不少新手工程师随手抓一个就焊到板上,结果调试时问题层出不穷。我早年做高速数据采集项目时就踩过这个...
关键字:
电感
磁珠
在工业自动化、汽车电子、智能家居的电路设计中,只要你用到继电器这类感性负载,几乎所有成熟的参考设计都会在继电器线圈两端反向并联一只二极管。不少新手工程师会把这个设计当成行业惯例直接照搬,却很少深究背后的底层原理:为什么继...
关键字:
继电器
电感
在我们日常使用的电子产品中,经常需要将低直流电压转换为高直流电压满足不同模块的供电需求,比如手机中将电池的3.7V电压升高为屏幕背光需要的12V,充电宝中将锂电池的3.7V升高为输出的5V,这些电压转换都离不开升压电路的...
关键字:
功率电感
电感
在电子电路的三大被动元件(电阻、电容、电感)中,电感的特性往往是最容易被初学者混淆的,而“电流不能突变”正是电感所有特性的核心,也是理解电感一切电路行为的基础。
关键字:
电感
在电力电子技术飞速发展的当下,宽禁带半导体器件以其卓越的性能逐渐成为行业焦点,其中SiC(碳化硅)器件凭借高击穿电场、高电子饱和漂移速度和高热导率等优势,在新能源发电、电动汽车、轨道交通等领域展现出巨大的应用潜力。然而,...
关键字:
电感
高压
在工业自动化、汽车电子等领域,CAN总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力,成为数据传输的核心脉络。然而,在CAN节点设计过程中,是否为总线添加共模电感,始终是工程师们争论的焦点。有人认为共模电感是提升总线稳定性的“必备...
关键字:
电感
CAN总线
在电子电路的精密世界里,贴片电感和贴片磁珠虽外观相似,却如同两位各司其职的“电路卫士”,在不同的领域发挥着关键作用。对于电子工程师和电路设计爱好者而言,精准区分二者的差异,是确保电路稳定运行、实现特定功能的基础。
关键字:
电感
磁珠
电感是电子电路中不可或缺的被动元件,它的本质是利用电磁感应原理工作的线圈。当电流通过电感时,会在其周围产生磁场,而电流变化时,磁场的变化又会在线圈中感应出电动势,阻碍电流的改变,这种特性类似力学中的惯性,被称为“自感应”...
关键字:
电感
电流
在电子电路的庞大体系中,电感和磁珠宛如一对“孪生兄弟”,外形相似、功能相近,常常被人混为一谈。不少人认为二者都能实现“隔交通直”,在电路中可以随意替换。但对于专业的硬件工程师而言,电感和磁珠在原理、特性及应用场景上存在着...
关键字:
电感
磁珠
在电子电路领域,电感线圈作为不可或缺的被动元件,承担着储存和释放能量的关键作用。而衡量其性能优劣的核心指标——品质因数Q值,直接关系到电路的效率、稳定性与信号处理能力。Q值越高,意味着电感线圈的能量损耗越低,储能与释能的...
关键字:
电感
线圈