電感器的參數(shù)和特性

Inductor-3---電感的特性參數(shù)

引言：電感之所以呈現(xiàn)感性，即流過電感的電流會滯后于施加在電感上的電流(事實上是滯后90度相角)，是因為楞次定律。

1.電感的參數(shù)

表3-1列出電感器的主要技術(shù)規(guī)格。 本節(jié)我們解釋電感器的各種特性，但并非所有的特性都被作為技術(shù)規(guī)格而作出規(guī)定。 這里歸納了電感器的數(shù)據(jù)表中規(guī)定的具有代表性的技術(shù)規(guī)格。 但是，項目的有無和規(guī)定條件會因廠家或商品而有所差異，所以需要仔細確認數(shù)據(jù)表的附注等事項。

表3-1：關(guān)鍵參數(shù)

電感值：

表示規(guī)定頻率的值，具有±10到±30%這樣的容許差。

直流電阻DCR：

如前面所說明的那樣，主要是繞組的電阻，表示±20%等的容許差。 同樣，作為電阻成分說明的交流電阻(ACR)，沒有在技術(shù)規(guī)格中示出的情況較為多見，所以要根據(jù)需要向廠家確認。

額定電流：

溫升額定電流已規(guī)定施加直流電流時的溫度上升為40℃的電流額定值較為多見，但其條件則會根據(jù)廠家或產(chǎn)品而有所差異。

直流疊加額定電流，一般表示電感為-30%的電流的最大值較為多見，其條件同樣會根據(jù)廠家或產(chǎn)品而有所差異。

額定電流雖說是重要的技術(shù)規(guī)格，但并非總會列出兩者。 在列出其中一個的情況下，就要按照該額定值，有的情況下或許還需要向廠家確認。 除此之外，有的情況下已對“自共振頻率Inductor-1：電感器的模型和參數(shù)”做出規(guī)定。 如前面所說明的那樣，這里列出作為電感器發(fā)揮作用的極限頻率。

2.電感的特性

磁飽和特性

電子在原子外層繞著數(shù)層軌道旋轉(zhuǎn)，每一層電子旋轉(zhuǎn)都會依愣次定律產(chǎn)生一微弱的磁場，每一層的磁力不同、方向也不同，但合力為零，沒有磁性。 當(dāng)一線圈通電流，同樣的依愣次定律產(chǎn)生一磁場，磁力線穿過磁性材料(鐵心)，磁性材料內(nèi)原子的電子旋轉(zhuǎn)軌道開始轉(zhuǎn)向，以抵消線圈產(chǎn)生的磁力線，線圈電流越大，越多磁性材料電子的旋轉(zhuǎn)方向改變，最后所有磁性材料電子旋轉(zhuǎn)方向都相同時，就是磁飽和。 由于磁性飽和特性的存在，隨著DC偏磁電流增強電感量降低。 磁性飽和發(fā)生后，隨著電感量降低阻抗也將降低。 抵抗直流重疊較強的電感器將維持較高的阻抗。 弱的話，阻抗將顯著地降低。 一般，在使用條件下，根據(jù)所要求的電感量和阻抗的范圍來選擇電感器。

如圖3-1所示，電感器在流過的電流超過容許電流(直流重疊容許電流)的最大值時會引起磁飽和，導(dǎo)致電感值減少。 電感器飽和時，如上述的阻抗式可知，阻抗變小，流向電感器的電流變得異常大，例如DC/DC轉(zhuǎn)換器上有可能引起效率下降或異常動作。 磁飽和容許電流是電感器的重要特性之一。

圖3-1：隨著直流重疊電流增加，電感減少

交流電阻(ACR)

我們已在阻抗項中簡要說明了直流電阻(DCR)，而實際使用的電感器除此之外還包含有導(dǎo)致磁芯的渦流損耗產(chǎn)生的電阻成分、和因表皮效應(yīng)和鄰近效應(yīng)而增加的導(dǎo)線的電阻成分，我們統(tǒng)稱為交流電阻(ACR)。 此交流電阻(ACR)與頻率成正比，交流電阻值變大，導(dǎo)致高頻的功率損耗變大以及零部件的溫度上升，實際使用時需要考慮這些因素。 (有關(guān)渦流損耗、表皮效應(yīng)、鄰近效應(yīng))

Q 值(品質(zhì)因素)

某一頻率的電感器的感抗與電阻之比，是表示電感器的性能的指數(shù)。 Q值越高表示接近純電感的程度的值。 Q值越大，電路中，越能起到純電感器的作用。 以感抗XL除以ACR而得到的值來表示相對于頻率有多大的損耗(ACR簡化為R)：

從上式可以獲知，如果ACR小Q值就會升高。

銅損和鐵損

電流流向?qū)Ь€時的電阻成分引起的損耗稱為銅損，磁束通過磁芯時磁芯內(nèi)產(chǎn)生的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)稱為鐵損。

表皮效應(yīng)

如果流向?qū)w的電流的頻率升高，電流就會只流過導(dǎo)體的表面，表面部分的電流密度增大，電阻值增加。 我們將這種效應(yīng)叫做表皮效應(yīng)。

鄰近效應(yīng)

多根導(dǎo)線鄰近時，每個繞組形成的磁場感應(yīng)渦流，高頻時會集中于導(dǎo)體內(nèi)的電流鄰近的導(dǎo)線相鄰接的狹小區(qū)域而流過，鄰近部分的電流密度增大，電阻值增加。 我們將這種效應(yīng)叫做鄰近效應(yīng)。

渦流損耗

因電磁感應(yīng)而變化的磁場會在導(dǎo)體的磁芯中產(chǎn)生渦狀的電流。 產(chǎn)生此電流的能量會因磁芯材料的電阻而被轉(zhuǎn)換成熱并成為損耗。 我們將這種損耗叫做渦流損耗。

磁滯損耗

如果是磁芯內(nèi)的磁場變化或者反轉(zhuǎn)，就會伴隨磁滯(磁芯材料的BH圖中所示的磁滯回線)而返回原先的狀態(tài)。 為了此磁滯的運動而消耗的能量會作為熱損耗掉。 我們將這種損耗叫做磁滯損耗，磁滯損耗與磁滯回線的面積成正比。

3.電感的分類

電感器有各種不同的種類。 此外，分類的方法也會隨不同的觀點而有多種。 下圖3-2所示為將用途作為信號類和功率類，各自按照磁性體(磁芯)材料和工法而進行的分類。

表3-2：電感器的一種分類方法