一、電感:在開關電源電路、濾波電路等設計中,電感的選擇至關重要。開關電源電路和濾波電路的設計者需要對電流、電壓、頻率和溫升等相關參數要求及材料特性有清晰全面的了解,才能設計出較好的電路。
二、電感的分類:
根據有無磁芯材料,電感可以分為無磁芯電感和有磁芯電感。
根據電感的生成工藝可以分為疊層電感和繞線電感。
根據電感的結構又可分為屏蔽電感和非屏蔽電感。
三、電感等效電路模型:電感的性能會受到等效串連電阻(ESR)和寄生電容的影響。
如下左圖為一般的電感量-頻率特性曲線圖,如下右圖為一般的阻抗-頻率特性曲線圖。
四、電感主要性能參數:電感量、容許誤差、自諧振頻率、品質因數Q、直流電阻、額定電流、飽和電流。
①電感量:電感量越大,儲能能力越強,紋波越小。但是電感量越大,電感的尺寸也會變大,導緻直流電阻增大,DC-DC效率降低。一般來說,繞制的線圈匝數越多,電感量越大;有磁芯的電感量比沒有磁芯的電感量大。
②容許誤差:實際電感量與标稱電感量的偏差允許值稱為容許誤差。
③自諧振頻率:由于電感中存在寄生電容,使得電感存在一個自諧振頻率。如果頻率超過自諧振頻率,電感表現為電容效應,此時阻抗随頻率增大而減小;隻有當頻率低于自諧振頻率時,電感才表現出電感效應,此時阻抗随着頻率增大而增加。
④品質因數(Q值):是指電感器在某一頻率(一般為100MHz)的交流電壓下工作時,所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高,其損耗越小,效率越高。
⑤直流電阻:指産品電極之間所用漆包線的總的直流電阻。直流電阻可造成能量損耗,降低DC-DC效率,也是導緻電感發熱的主要原因。
⑥額定電流:電感器标注的正常工作時允許通過的最大電流值。
⑦飽和電流:對于有磁芯電感器,通常指電感量下降20%時的電流值,飽和電流越高越好。
五、開關電源中電感的選取原則:
(1)、電感自諧振頻率需要是開關頻率的10倍以上。
(2)、直流電阻越小越好,這樣無用功耗會減小。
(3)、疊層電感比繞線電感散熱性好、ESR值更小,成本較低;但是耐電流比繞線電感小。
(4)、選擇帶磁屏蔽的電感可有效改善EMI問題。
(5)、電感飽和會導緻電流急劇增加,使電感溫度升高,并影響其他元器件的壽命。
(6)、電感值根據開關電源的開關頻率和輸入輸出特性參數計算得到,并留有一定裕量。