6.电感

1.原理

1.本质

电感是阻碍电流的变化,储能。（有时也将其称作线圈）

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阻碍线圈中电流的变化，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，相应的器件成为电感器。

电感的磁芯决定了电感的饱和电流，也决定了电感值与电流的变化曲线，磁滞损耗等等。

2.储能 

E为电感储存的能量，L为电感量(单位为H)，I为(任意给定时刻)流过电感的电流。

电感的储能是要有电流流过的。能量转换到了寄生电容里面，因为寄生电容都很小，所以会产生比较高的电压，也是因为寄生电容的存在，所以实际电路不会产生无限高压。

3.电感电流无法突变

。电流的变化率和电感电压是成正比的

电感两端加恒定电压时、电流线性增大或者减小（斜率不变）。电感电压比电流相位超前90°。

4.感应电压

电感线圈产生自感时，感应电流通过负载维持电流变化，将产生感应电压。感应电压的大小取决于感应电流与负载，感应电流与负载越大，感应电压越大，反之越小。

 在电感两端加上恒定电压U时， 感应电动势与所加电压相等，方向相反，等于-U（负号表示感应电动势要阻止电流变化。

2.作用

1.通低频阻高频：电感的感抗XL = 2πfL。当频率f大的时候，感抗就大，所以对于高频信号来说，电感对高频信号的阻碍作用大。

2.通直流隔交流：电感相当于导线，与导线的区别是电感会产生磁场；(直流电时，f=0Hz，所以电感感抗 Z=0)。阻交流，注意，是阻碍。电感阻碍电流变化，让电流变化变缓。

3.阻碍电流的变化，保持器件工作电流的稳定。

4.滤波。

3.高频等效模型

自谐振频率

电感越小，谐振频率越高：电感越大，那么匝数越多，寄生电容越大，所以谐振频率也低。

阻抗

模值

在 SRF 左侧，电感占主导地位，电感主要呈感性，在谐振频率 SRF 处，阻抗达到最大，而在 SRF 右侧，电容占主导地位，主要呈容性。

电感滤波时，都只需要其感性的作用，因此其越接近于理想电感越好，信号频率要远小于谐振频率，电感量可视为常数。（要使信号频率小于谐振频率的十分之一）

而电容用于滤波，需要最小阻抗，所以电容是在谐振频率处滤波效果最好的。

4.直流偏置特性

直流偏压特性，一般指是电感量会随电流的增大而减小。在电源转换器的应用中，此特性很重要。

一旦超过饱和电流，铁氧体铁芯的磁导率会陡降，而铁粉芯则可缓慢降低。

.参数

类型、电感值、DCR、SRF、饱和电流、温升电流、额定电流、Q值

类型

高频电感：高频信号滤波，小功率LC滤波                  功率电感：LC滤波，升压

共模电感：滤除共模信号                                                 差模电感：滤除差模信号

电感值

(标称值通常是在没有外加直流偏置的条件)   电感值越大，感抗越大，对电流的阻碍越大。

①线长越长，电感越大。 ②线越细，电感越大。③线圈圈数。

要想减小寄生电感，走线要尽量短，尽量粗。

电感的电感量是和直流偏置以及频率有关系的。

DCR直流阻抗

(通过直流电时的阻抗值)

导线必定存在电阻，导致电感发热，根据P=I2*R，DCR越小越好。电感感量越大，导线的匝数越多，线长越长因此DCR越大。同等电感量，额定电流越大，导线会越粗，DCR越小

饱和电流

饱和电流取值：流过电感的电流导致感值降为70%时，此时的电流为饱和电流。一定不要让电感的最大电流值（瞬间值）超过其饱和电流。由于电流通过电感器时， 会产生磁性体的磁饱和现象。

温升电流 Irms

一般指电感自我温升温度不超过 40℃时的电流。通常额定电流大于等于温升电流。

额定电流 Irat

额定电流其实就是包含前面 2 个电流。电感最终的额定电流，是饱和电流和温升电流中的小者。电感通过的最大电流要小于手册中的额定电流的80%。

(额定电流规定了电流值的上限，通过的直流电流超过该值时，无法保障质量)

自谐振频率为 SRF

电感与其自电容谐振的最低频率。在谐振点处，电感的阻抗最大,有效电感为零。

Q值（品质因数）

电感器质量的参数。线圈会顺利流过直流电流，但会对交流电流产生电阻，这称为感抗。

交流频率越高感抗则越大。Q 值是感抗与其等效损耗电阻之比。（Q=2πfL/R）。

Q = 无功功率/有功功率。其Q值越大，线圈的损耗越小，效率越高。

高频电感或者射频电感，一般对 Q 值有要求。

精度

一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高，允许偏差为±0.2%~ ±0.5%。

一般电感：误差值20%， M ；误差值 10%， K 。精密电感：误差值为 5%， J ；误差值为 1%， F 。

屏蔽特性

一体成型>普通全屏蔽型>树脂屏蔽型。

6.电感损耗

线圈损耗：DCR，ACR

磁芯损耗：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗

7.功率电感

一般用在 DC-DC 电路变换中，其中又可以细分为屏蔽式电感与一体成型电感.

特点：感值高，功率大，饱和电流大，封装尺寸相对较大。

应用：低频LC滤波，升压

补充：带屏蔽的功率电感比非屏蔽的EMI败果好些，但价格稍贵些。

8.贴片电感

特点：感值小，功率小，饱和电流小，封装尺寸小

应用：高频信号滤波

9.共模电感

构成：两组直径与圈数相同的线圈，方向相反的绕制在同一个铁芯上，引出4个引脚。

作用：滤除共模干扰信号，降低EMI，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

共模信号：大小相等、方向相同的信号

选型: 差模阻抗要小。

10.差模电感

构成：一组线圈绕制在铁芯上，引出2个引脚。

作用：滤除差模干扰信号，降低EMI，一般成对出现。

差模信号：大小相等、方向相反的信号。

应用：滤波、升压。

11.电容和电感滤波的区别

1、适用电流大小不同

电容滤波：适用于小电流，电流越小滤波效果越好。

电感滤波：适用于大电流，电流越大滤波效果越好。

2、输出电压不同

电容滤波：直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值。

电感滤波：通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值。

3、定义不同

电容滤波：

电容滤波是指安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件。由于滤波电路要求储能电容有较大电容量。所以，绝大多数滤波电路使用电解电容。

电感滤波：

滤波电感一般采用铁氧体材料，它可以方便地与穿心电容组合起来，形成复合滤波器，在高性能滤波器中，也采用线绕电感。但需注意，铁氧材料在大电流下会发生磁饱和，降低滤波器效能。

电感与电容有本质的区别，电感是由线圈组成，是有一定的内阻的，不能作为电源的滤波器，但是电感作为储能元件，通常匹配电源转化芯片的输出电压，作为储能电感使用。（记住电感有内阻！！！）

电感+电容=二阶低通滤波器，电阻+电容=一阶低通滤波器，它们的主要区别在于转折频率之后对噪音的衰减力度不一样，阶数越高，衰减越好。

PS：磁珠

磁珠是电容、电感、电阻的复合体，相当于三者的并联，主要场合是对某个频段的抑制，磁珠作用于高频，一般是>100MHz,且在高频段的电阻特性为主要特征，所以不但可以过滤噪音，还可以通过电阻来消耗噪音（非电阻的滤波器，理论上只是导走噪音，而不是损耗噪音）。