叠层电感

发布时间：2023-05-09 10:25
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2754

　　电感作为一种重要的电子元器件，在电路中发挥着重要的作用。按结构的不同我们可以对电感进行分类，可分为叠层电感、绕线电感、编织型及薄膜片式电感。叠层电感即为非绕线式电感，它具有优良的特性和各方面的优势。

　　什么是叠层电感

　　原先的绕线电感是传统绕线电感器小型化的产物，而如今常用的叠层电感，则是采用多层印刷技术及叠层生产工艺来制作的电感器，体积上比绕线型片式电感器还要更小。在小型化方面，叠层生产带来的体积优势，在结构上有较高的烧结密度，较好的机械强度，一 体化的结构无方向性，磁路闭合无交互干扰的烦恼。相比于绕线式来说，叠层电感在可靠性、可焊性、耐热性上都有优势，具有适用于高密度焊 接及回流焊等等的特点，在自动化生产上也有较大优势。与高度的可靠性、耐热性、闭合磁路等优势特性相对的，它的不足之处在于感量较小，成本上也会相对较高。

　　因为具有优良的杂讯消 除特性，叠层电感多应用于PC、录放机、磁碟机、电视、摄 像机等等的电子产品之中。在实际运用中，根据多方面的考量，选择不同的电感器也是很重要的一项。

叠层电感的特点

　　叠层电感的特性：

　　1、外形尺寸小。

　　2、闭合电路，无交互干扰，适合于高密度安装。

　　3、无方向性，规范化的自动贴片安装外形。

　　4、可焊性和耐焊性优，适合于流焊和再流焊。

　　叠层电感的应用：该产品被广泛用于笔记本电脑数位电视，数位录放影机，列表机，硬式磁碟机，个人电脑和其他一般消费性及电脑主品上输入、输出线路之杂讯消除。


叠层电感与绕线电感的区别

　　在实际应用中，叠层电感其实也可以替代绕线电感使用，但是在操作重要注意以下两点：首先，叠层电感在替代绕线电感使用时，叠层电感的参数要比绕线电感的参数更好更高。其次，要注意叠层电感与绕线电感的区别。

　　叠层电感与绕线电感的区别在于：

　　1、 叠层的散热性更好，ESR值更小。但耐电流较绕线小。

　　2、 绕线的散热性不如叠层，ESR值更高，但耐电流会更大。

　　3、 叠层的成本比绕线低。

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　　1. 磁珠和电感的区别　　1.1 磁珠　　定义：磁珠是一种被用于电子电路中的元件，通常由铁氧体材料制成。它们主要用于吸收高频噪声并提供电磁兼容性(EMC)保护。　　作用：磁珠通过对电磁场的干扰产生反作用来减少电磁噪声。它们能够阻止高频信号传播到其他部分，从而减少电路中不必要的干扰。　　1.2 电感　　定义：电感是一种 passvie 元件，由导体线圈组成，产生一个磁场以存储能量。它可以阻挡交流信号通过，同时允许直流信号通过。　　作用：电感用于限制高频信号的传输，过滤噪声和干扰，调节电路的频率响应，并稳定电源电压。　　2. 在EMC滤波中如何选择磁珠和电感　　2.1 适用场景　　磁珠：适用于处理较高频率的电磁干扰，例如在通信设备、无线电设备和高速数字电路中。　　电感：用于低频到中频范围内的干扰抑制，例如在电源线滤波器或信号线接口处。　　2.2 频率特性　　磁珠：在高频范围内表现更好，可以有效吸收并消除高频干扰。　　电感：对低频信号和直流信号的阻抗更大，在低频范围内有更好的滤波效果。　　2.3 阻抗匹配　　磁珠：一般具有较低的串联阻抗，需要与电路的特性阻抗匹配以获得最佳性能。　　电感：通常具有较高的阻抗，可用于与电路的特性阻抗匹配，实现更好的信号过滤和隔离。　　2.4 成本和体积　　磁珠：通常比电感更小巧且价格相对便宜，适合在空间受限情况下使用。　　电感：较大且价格较高，但在需要更高电感值时是更为可靠的选择。　　2.5 综合考虑　　在进行EMC滤波元件选择时，需要结合实际应用需求和设计条件，综合考虑磁珠和电感的特性，包括频率响应、阻抗匹配、成本和体积等因素。根据电路系统的工作频率、干扰来源、所需阻抗和预算等因素，选择最适合的磁珠或电感进行滤波。　　磁珠和电感作为常见的EMC滤波元件，在电路设计中发挥着重要作用。磁珠主要用于高频干扰的消除，而电感则更多地应用于低频到中频范围的信号过滤。在选择磁珠和电感时，需要考虑其频率特性、阻抗匹配、成本和体积等因素，以及实际应用的需求。通过综合考虑这些因素，设计工程师可以选择最适合的EMC滤波元件，以确保电路系统的稳定性、可靠性和电磁兼容性。　　在实际应用中，经常会选择将磁珠和电感结合使用，以达到更好的滤波效果。通过合理布局和组合磁珠、电感以及其他滤波元件，可以有效地减少电磁干扰对系统的影响，提高系统的性能和可靠性。
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　　消费类应用是现代 DC/DC 变换器需求的主要驱动力。在这类应用中，功率电感主要被用于电池供电设备、嵌入式计算，以及高功率、高频率的 DC/DC 变换器。了解电感的电气特性对于设计紧凑型、经济型、高效率、并具备出色散热性能的系统至关重要。　　电感是一种相对简单的元件，它由缠绕在线圈中的绝缘线组成。但当单个元件组合在一起，用来创建具有适当尺寸、重量、温度、频率和电压的电感，同时又能满足目标应用时，复杂性就会增加。　　选择电感时，了解电感数据手册中标明的电气特性非常重要。本文将提供指导，帮助您为解决方案选择合适电感，同时阐明如何在设计新型 DC/DC 变换器时预测电感性能。　　01电感是什么?　　电感是一种电路元件，它可以在自身磁场中储存能量。电感通过储存将电能转换为磁能，然后向电路提供能量以调节电流。当电流增加，磁场就会增强。图 1 展示了电感模型。　　图1: 电感的电气模型　　电感是采用绝缘线绕成线圈形成的。线圈可以是不同的形状和尺寸，也可以使用不同的芯材缠绕。电感的大小则取决于匝数、磁芯尺寸和磁导率等多种因素。图 2 显示了关键的电感参数。　　图2: 电感参数　　表 1 显示了如何计算电感 (L)。　　表1: 计算电感(L)　　下面，我们将详细描述常见的电感参数。　　02磁导率　　磁导率是材料响应磁通量的能力，也表明了在施加的电磁场中有多少磁通量可以通过电感。表2显示了磁导率对磁通密度(B)的增强。　　表 2：计算磁通密度 (B)　　从表 2可以看出，磁通量的浓度取决于磁芯的磁导率和尺寸。图 3 显示了一个没有磁芯的线圈。　　图3: 空心线圈　　空心线圈的磁导率为常数值(µr air)，大约等于 1。图 4 显示了一个带磁芯的电感。当然，有磁芯时，磁场会增强。　　图4: 带磁芯的电感　　不同磁芯材料的典型磁导率不同。表 3 列出了三种不同芯材的磁导率。表 3：磁芯磁导率　　03电感值 (L)　　电感将感应的电能存储为磁能的能力通过电感值来体现。在开关输入电压驱动电感的同时，电感要为输出负载提供恒定的直流电流。　　表 4 显示了电流和电感电压之间的关系。可以看出，电感两端的电压与电流随时间的变化成正比。　　表 4：计算电感压降　　首先，确定设计需要的电感范围。要注意，电感值在整个工作条件下并不是恒定的， 它会随着频率的增加而变化。因此，对具有更高开关频率的应用，需要特殊考量。电感制造商通常在 100kHz 至 500kHz 的频率下测试电感，因为大多数 DC/DC 变换器都在此范围内工作。04　　04电阻(R)　　电感的电流电阻会导致散热，从而影响效率。总铜损中包含了 RDC 损耗和RAC 损耗。RDC与频率无关，始终恒定;RAC 则取决于频率。表 5 显示计算RDC 的方法。　　表 5：计算铜线 RDC　　降低铜损的唯一方法是增大导线面积，即改用较粗的导线，或使用扁线。采用扁线可以使绕组窗口被完全利用，从而带来较低的 RDC。表 6 所示为圆线与扁线的横截面积比较。　　表 6：圆形与扁线的横截面积比较　　表 7对圆线和扁线的特性进行了比较。　　表 7：圆线与扁线的特性比较　　使用公式 (1) 可以估算电感的直流铜损 (RDC)：　　(PAC)铜损则取决于 PAC，它是由频率驱动的邻近效应和趋肤效应引起的。频率越高，PAC 铜损越高。　　05磁芯损耗　　通常情况下，铁磁材料已可以满足磁芯电感所需的磁特性。根据磁芯材料的不同，电感的相对磁导率在 50 至 20000 之间。　　当施加磁场时，这种材料的磁畴结构会产生反应;而没有磁场时，磁矩方向是随机的。当磁能量变化时，会产生磁芯损耗。磁畴沿磁场方向定向磁矩。随着磁畴的扩大和缩小，部分磁畴会卡在晶体结构中。一旦卡住的磁畴能够旋转，能量就会以热量的形式消散。　　06纹波电流 (∆IL)　　纹波电流 (∆IL) 指一个开关周期内电流的变化量。　　电感在其峰值电流范围之外可能无法正常工作。电感的纹波电流通常设计为在 IRMS的 30% 至 40% 范围之内。　　图 5 所示为电感电流的波形。　　图5: 电感电流波形07　　07额定电流 (IDC, IRMS)　　额定电流是指使电感温度升高规定的量所需的直流电流。温升 (ΔT) 不是一个标准值，但通常在 20K 至 40K 之间。　　额定电流在环境温度下测量得到。其值通常在电感数据手册中提供，是最终应用的预期电流值。对于环境温度较高的应用，设计人员应选择自热温度较高的电感。　　图 6 体现了温升与额定电流之间的关系。该曲线可用于确定任意温升对应的电流值。　　图6: 电感的额定电流曲线　　在一个应用中，工作温度 (TOP) 由环境温度 (TAMB) 和电感的自热值 (ΔT)决定。TOP可以通过公式 (2) 来估算：　　给定额定电流是估计电感温升的最佳方法。温升还受电路设计、PCB 布局、与其他组件的接近程度以及走线尺寸和厚度的影响。电感芯体和绕组中产生的过量交流损耗也可能导致额外的热量。如果需要较低自发热，则需选用封装尺寸较大的电感。　　08饱和电流 (ISAT)　　饱和电流额定值是指，在标称电感下降规定的百分比之前，电感可以支持的直流电流。　　每个电感的参考百分比电感下降值都是唯一的。通常，制造商将该值设置在 20% 到 35% 之间，这会使电感的比较变得很困难。但数据手册通常会提供一条曲线，显示电感如何随直流电流变化。利用这条曲线可以衡量整个电感范围，以及它如何响应直流电流。　　直流饱和电流取决于温度和电感磁性材料及其磁芯结构。不同的结构和磁芯都会影响ISAT值。　　铁氧体磁芯是最常见的，其特点是具有硬饱和曲线(见图 7)。确保电感不会在感量下降点之外工作至关重要;因为超过该点，感量会急剧下降，功能性也会降低。　　合成塑封电感在温度变化时感量下降稳定，具有软饱和特性。由于其感量逐渐下降，因此可以为设计人员提供了更大的灵活性和更宽的工作范围。　　图 7 显示了两条饱和曲线。蓝色曲线为典型的合成塑封电感软饱和示例;红色曲线为典型的 NiZn/MnZn 鼓芯电感硬饱和示例。　　图7: 电感饱和电流曲线　　小感量(或大封装尺寸)的电感可以处理更高的饱和电流。　　09自谐振频率和阻抗　　电感的自谐振频率 (fR) 是电感与其自电容谐振的最低频率。在谐振频率之下，阻抗处于最大峰值，有效电感为零。图 8 显示了电感的电路模型。　　图8: 电感电路模型　　电感在谐振频率 (fR)之前具有电感特性(如图 9 中的蓝色曲线所示)，因为频率增加，阻抗增高。在谐振频率下，负容抗 (XC) 等于正感抗 (XL), ，其值可通过公式 (3) 估算：　　超过谐振频率之后(如图 9 中的红色曲线所示)，电感则显现出阻抗减小的电容特性。超过这一点之后，电感也不会按预期工作。图 9 显示了感量与频率之间的关系。　　图9: 感量和频率之间的关系　　10选择具有高性价比的紧凑型电感　　了解了电感数据手册中每个参数的基本含义，就可以很容易地选择到够用的电感。但如果了解了每个参数中隐藏的细节，就可以为 DC/DC变换器应用选择最理想的电感，同时预测在不同条件下的系统性能。　　11总结　　市场上针对不同应用的电感种类花样繁多，选择一款最适合的电感不是一件容易的事。例如，感值大的电感可降低 DC 损耗并提高效率，但它们的物理尺寸更大，并且温度更高。没有一款电感是万能的，了解每个电感的参数以及不同参数之间的关系非常重要，它可以帮助设计人员确定一款电感是否适合特定的 DC/DC 应用。
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什么是电感及电感的分类
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什么是电感及电感的分类

　　电感及其分类电感(Inductance)是电路元件的一种特性，它反映了一个导体或线圈对电流变化的阻碍能力。电感的存在是因为电流变化时会在导体周围产生磁场，当电流变化时，这个磁场也会发生变化，从而产生一个反向的电动势(EMF)，阻碍电流的变化。　　一、电感的基本概念　　定义： 电感是衡量电路元件(通常是线圈)反抗电流变化的能力，单位是亨利(H)。它表征了当电流变化时，元件产生的感应电压与电流变化率的比例关系。　　公式： 电感L的定义可以通过法拉第电磁感应定律表示：　　VL=?LdtdI　　其中：　　VL 是电感上的感应电压　　L 是电感　　dtdI 是电流的变化率　　电感的单位是亨利(H)，1亨利表示当电流变化率为1安培每秒时，电感元件产生1伏特的感应电压。　　工作原理： 当电流通过导体时，会产生磁场。如果电流发生变化，磁场也会变化。根据法拉第电磁感应定律，磁场变化时会在导体中感应出电压，这个感应电压会抵抗电流变化，从而实现电流的“惯性”作用。　　二、电感的分类电感按不同的标准可以分为不同的类型，常见的分类方式包括：　　按结构分类：　　空气电感： 空气电感是线圈的部分没有磁性材料，磁场是完全由空气提供的。空气电感的电感值相对较小，但具有较高的稳定性和较少的损耗，适用于高频电路。　　铁芯电感： 铁芯电感的线圈内部使用了铁或其他磁性材料来增强磁场的强度，通常电感值较高，适合低频电路应用，如电源滤波器和变压器等。　　铁粉电感： 铁粉电感使用铁粉作为磁芯材料，这种电感具有较好的抗饱和性和较小的温度系数。它常用于中等频率的电路中，尤其是在电源和高频电路中。　　铝电感： 铝电感通常用于需要较轻的电感元件的场合。铝材料相对于铁芯更轻，但电感值也会相应较低。　　按用途分类：　　常规电感：这类电感常见于电源电路、滤波器、振荡器等应用中，通常用于低频电路。　　高频电感：用于射频(RF)电路、高频滤波、无线通信等高频应用。它们通常具有低的电阻和低的损耗。　　电感线圈：这种电感是由线圈绕制而成，适用于大电流应用，比如电动机、变压器和电磁继电器等。　　可调电感：可以通过调整铁芯位置或线圈的匝数来调节电感值，常见于一些调谐电路中。　　按电感值分类：　　低电感：通常电感值较小，用于高频信号的滤波、噪声抑制等。　　高电感：电感值较大，通常用于较低频率电路中，如电源滤波、变压器等。　　按封装形式分类：　　表面贴装电感(SMD电感)：这种电感体积小，适用于现代小型电子设备的电路板上。　　插座式电感：这种电感较大，通常需要插入电路板的孔中，适用于功率较大的电路。　　三、电感的应用　　滤波器：电感常用于滤波电路中，特别是在电源电路中，利用电感阻止高频噪声信号通过，只允许低频信号通过。　　电源管理：在开关电源、变换器和电源适配器中，电感用于能量存储和转换。　　信号处理：在无线通信中，电感用于滤除不需要的高频噪声，保持信号的质量。　　振荡器和调谐电路：电感与电容器一起用于形成LC振荡器和调谐电路。　　电动机和变压器：在电动机和变压器中，电感被用来转换电能。　　四、电感的选择在选择电感时，需要考虑几个关键因素：　　电感值：电感值需要根据电路的要求来选择，通常电感越大，电流变化的阻力越强。　　电流容量：选择电感时需要考虑其能够承受的电流，避免电感因过载而损坏。　　频率响应：高频电路要求电感具有较小的电阻和较低的损耗。　　尺寸和封装：电感的尺寸和封装形式需要与实际应用中的空间和安装方式相匹配。
2025-07-31 14:29 阅读量：842
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