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【干货】10种常用电感及常见作用

2022-08-17 11:11:25

     电感器俗称电感,本质上是一个线圈,有空心线圈也有实心线圈,实心线圈有铁芯或者其它材料制成的芯,电感的单位是“H”,简称“亨”。此外,更小的单位是mH、uH,他们的换算方式为1H=1000mH=1000000uH。

        电感是导线之内透过交流电流时,于导线的外部和四周产生交变磁通,导线的磁通量和生产此磁通的电流之比。当电感之中透过直流电流时,其四周仅呈现固定的磁力线,绝不随时间因而变化;不过如果于线圈之中透过交流电流时,其四周把呈现出随时间因而变化的磁力线。

常见作用

        1、阻交通直

         对于直流电,电感是相当于短路的;而对于交流电,电感是对其有阻碍作用的,交流电的频率越高,电感对它的阻碍作用越大。

        2、变压器

        对我们来说最熟悉的电感应用莫过于变压器了,如图所示的变压器电路符号。假如左侧线圈匝数为100,右侧匝数为50,如果左侧接220V交流电,那么右侧感应出来的电压为110V,即“匝数比=电压比”而电流却会截然相反;如果左侧流进1A电流,那么右侧会流出2A的电流,即“匝数比=电流的反比”,因为电感只会对电压、电流进行变化,而不能对功率进行变化,如果电压和电流都为正比显然是不合情理的。

        3、RL低通滤波器

        所谓低通滤波器是:低频信号可以通过,而高频信号不能通过,电路原理图如下图。输入信号如果是直流电,那么电感相当于一根导线;现在是短路,信号会经过电感,直接输出,而不经过电阻。如果我们逐渐升高电流的频率,由于电感对交流电有阻碍作用,通过电感的信号会慢慢变小,直到达到某一个频率,当高于这个频率之后的电流再也无法通过,这时候就形成了低通滤波器,这个频率就叫做截止频率,公式为 f=R/(2πL)。

4、RL高通滤波器

         高通滤波器的道理和低通的类似,只不过电阻和电感的位置变了。如果是直流电,会经过电感流回去,这时候如果改变频率,当频率逐渐升高,由于电感对交流电的阻碍作用,当频率达到截止频率时,高频信号不经过电感,而直接把我们需要的高频信号输出。截止频率的计算也是 f=R/(2πL)。

常见电感

1、工字型电感

        它的前身是挠线式贴片电感,工字型电感是它们的改良,挡板有效加强储能能力,改变EMI方向和大小,亦可降低RDC。它亦可说是讯号通讯电感跟POWER电感的一种妥协。

        贴片式的工字型电感主要用于几百kHz至一两MHz的较小型电源切换,如数字相机的LED升压,ADSL…等等的较低频部份的讯号处理或POWER用途,它的Q值有20、30,做为讯号处理颇为适合。

        工字型电感最大的缺点,仍是开磁路,有EMI的问题,另外,噪音的问题比挠线式贴片电感大。个人认为,工字型电感肯定不是最佳化的结构,改良空间仍是十分大!

2、色环电感

        色环电感是最简单的棒形电感的加工,主要是用作讯号处理。本身跟棒形电感的特性没有很大的差别,只是多了一些固的物和加上一些颜色方便分辨感值,因单价算是十分便宜,现时比较不注重体积,以及仍可用插件的电子产品,使用色环电感仍多。因为是插件式,而且太传统了,被时代淘汰是时间的早晚。

3、空芯电感

         空心电感主要是讯号处理用途,用作共振、接收、发射….等等。空气可应用在甚高频的产品,故此很多变异要求不太高的产品仍在使用,因为空气不是固定线圈的最佳材料。故此,在要求越来越严格的产品趋势上发展有限!

4、环形线圈电感

        环形线圈电感,是电感理论中很理想的形状,闭磁路很少EMI的问题。充分利用磁路,容易计算,几乎理论上的好处全归环形线圈电感。可是,有一个最大的缺点就是不好挠线,制程多用人工处理。

        现在中国人多,女孩子眼明手细。不过,谁愿意让年青活泼的女孩子浪费青春!早晚请不到人!用机器的话,环形挠线的竞争力仍有待做机械和电子控制的工程师来提升。环形线圈电感虽然是电感中很理想的形状,但因为主要是人工挠线,作为讯号处理,因为要求较高,所以比较少用,但很小很小的环形线圈电感,却仍是用量十分大,主要是用在高频、高感的通讯产品上。

        环形线圈电感最大量的是用铁粉芯作材料,跟树脂等混在一起,使得Air gap均匀分布在铁粉芯内部,做电感的有一定的敏感度,当我们看到Air gap二字,就知道是用在power上。故此,铁粉芯环形线圈电感,是power电感最常用的一种,IDC可以达到20多安培。

         个人觉得环形线圈电感的改良空间是十分大的,不妨往这方向研发和思考。

         铁粉芯环形线圈电感的优点是环形,但缺点亦是环形,一般使用者最喜欢的形状是方形,故此,在妥协下环形线圈电感并不是最具优势。

5、贴片迭层高频电感

        贴片迭层高频电感,其实就是空心电感特性完全相同,不过因为容易固定,可以小型化。

        贴片迭层高频电感跟空心电感比较, 因为空气不是好的固定物,但空气的相对导磁率是一,在高频很好用。故此,找一些相对导磁率是一,又是很好的固定物,那不是很好。

        事实,世间绝大部份的物质,对导磁率都是一,最便宜的就是石头,贴片迭层高频电感的材质就是石头,石头就是硅啦!三氧化二铝等等的材质,也是一样的用意啦。

        总之,贴片迭层高频电感材质的目的,是可以做成积层贴片,方便印刷线路,我们不单不希望贴片迭层高频电感的材质有特性,我们希望它完全没有特性更佳,使得贴片迭层高频电感特性完全像空心线圈。而且因为能固定,所以变异很小很小,在制程上,因为迭层制程,更可以尽量小型化。Z=2*圆周率*频率*电感值 ,2和圆周率是常数,不管它们,相同的阻抗,频率越高,代表电感值可以越小, 现时通讯产品的频率就是越来越高,这代表感值需求越来越小。

        感值越小,代表我们可以做得更小颗,更不用高导磁率的磁性材料,用空气、用石头就可以了。所以,贴片迭层高频电感的使用量一定会越来越多,这是人类发展的必然趋势。

        贴片迭层高频电感跟贴片挠线式高频电感的比较,贴片迭层高频电感的Q值不够高,是最大的缺点,但现在市面上的贴片迭层高频电感Q值,肯定不是这产品的极限。故此,改善的空间仍是十分宽广。另外,因为高频产品的变异要求十分严格,所以,材质对温度的变化,也是台湾和中国贴片迭层高频电感,尚无法跟日系强烈对抗的重要原因!

        唉!要怎么说老板们才会听!老是想着杀价!杀价只是竞争手段之一,为什么不想想看从技术去提升竞争力呢!

        最后,因为感值会越来越小,精准度要求越来越高。

        贴片迭层高频电感会取代贴片挠线式高频电感,5年到10年后,贴片薄膜高频电感也会取代贴片迭层高频电感。研究和市场方向,要抓对啊!

6、磁棒电感

        磁棒电感是空心电感的加强,电感值跟导磁率成正比,塞磁性材料进空心线圈、电感值、Q值…等等都会大为增加。好处就自己想象了,如果想不通,或者不想思考,要早点改行喔!磁棒电感是最简单、最基本的电感,30年到100年前,电感有什么应用,它就有什么应用,特性亦是如是。

7、SMD贴片功率电感

        SMD贴片功率电感最主要是强调储能能力,以及LOSS要少。

8、穿心磁珠

        穿心磁珠,就是阻抗器啦,电感是低通组件,可让低频通过,阻挡高频。

9、贴片磁珠

        贴片磁珠就是穿心磁珠的下一代。

10、贴片高频变压器,插件高频变压器

        高频变压器嘛,一般用于开关电源。

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