全面解析電感分類(lèi)、用途、屏蔽方式

我們最常用的電感是：

鐵氧體磁芯的，繞線工藝，普通屏蔽或樹(shù)脂屏蔽大功率電感。

昂貴的金屬一體成型電感。

鐵氧體基材的積層工藝小功率電感

陶瓷基材的積層工藝射頻電感

以上“電感”前的修飾詞是什么意思，本文告訴你答案。

1 電感分類(lèi)

按照不同的范疇，電感分類(lèi)如下，下面章節(jié)逐個(gè)解釋。

1.1 電感用途：高頻電感

用于射頻電路中，起到阻抗匹配，濾波的作用，一般是0201的小尺寸貼片電感。

1.2電感用途：功率電感

用在電源電路中，起到續(xù)流作用，比如DCDC電路中。一般體積較大，能通過(guò)幾個(gè)安培的電流

1.3 電感磁芯：鐵氧體磁芯

用鐵氧體制作的磁芯，一般呈工字形。線圈纏繞在鐵氧體上，能極大提高電感量。鐵氧體一種具有鐵磁性的金屬氧化物。電阻率高，磁導(dǎo)率高，飽和磁化強(qiáng)度低。容易導(dǎo)致電感磁飽和。鐵氧體還有個(gè)特點(diǎn)就是渦流損耗小，特別適合高頻場(chǎng)合。詳細(xì)介紹見(jiàn)：鐵氧體

鐵氧體磁芯繞線電感出現(xiàn)的時(shí)間最久，用途最廣，工藝最成熟，能做到非常大的感值，應(yīng)用最廣泛。

1.4 電感磁芯：金屬磁性材料

一種軟磁性金屬材料，有不易磁飽和，溫度特性好。磁飽和指通過(guò)磁性材料的磁通量無(wú)法繼續(xù)增大的現(xiàn)象。有磁芯的電感才會(huì)發(fā)生磁飽和，沒(méi)有磁芯的不會(huì)磁飽和。高頻電感的磁芯是電解質(zhì)陶瓷，也不會(huì)磁飽和。金屬一體成型的電感磁芯才是金屬磁性材料。

金屬磁性材料的功率電感一般就是一體成型電感。

1.5 電感屏蔽方式：無(wú)屏蔽電感

線圈饒?jiān)诖判旧?，周?chē)鷽](méi)有任何屏蔽，相當(dāng)一部分磁通泄露在空氣中，這部分泄露到空氣中的磁場(chǎng)，會(huì)干擾周?chē)碾娐贰Ｍ獠康拇艌?chǎng)也會(huì)干擾沒(méi)電感工作。

兩個(gè)無(wú)屏蔽的電感，如果考得很近，磁場(chǎng)會(huì)相互干擾，互相影響感值。因此無(wú)屏蔽的電感要距離遠(yuǎn)一點(diǎn)！

1.6 電感屏蔽方式：磁性粉樹(shù)脂屏蔽電感

通過(guò)混煉了鐵氧體或軟磁性金屬等磁性粉的樹(shù)脂，在所卷繞的磁芯周?chē)畛涑尚?。這部分磁性粉能“鎖住”大部分的電磁場(chǎng)，但有一部分泄露出去。雖然磁屏蔽效果有限，但成本低。

1.7 電感屏蔽方式：普通屏蔽

用屏蔽磁芯覆蓋在繞線磁芯周?chē)?，形成接近閉合磁路結(jié)構(gòu)的類(lèi)型。屏蔽磁芯和繞線磁芯的材料相同。這種結(jié)構(gòu)并不完美，因?yàn)閮蓚€(gè)磁芯之間肯定有空隙，電磁場(chǎng)會(huì)從縫隙中漏出。屏蔽磁芯擁有環(huán)型、L型等各個(gè)形狀。

1.8 電感屏蔽方式：金屬一體成型

這是最好的一種屏蔽方式。它是將已經(jīng)繞好的空心線圈埋在軟磁性金屬粉中，然后一體壓合成型。軟磁性金屬粉即是繞線磁芯，又是屏蔽磁芯，兩者完全是一體的，電磁泄露最少。

下圖分別是TDK三個(gè)系列電感的電磁泄露實(shí)測(cè)結(jié)果，VLS-EX系列為樹(shù)脂屏蔽(半屏蔽)，CLF-NI系列為普通屏蔽，SPM系列為金屬一體成型的功率電感器。

電磁場(chǎng)泄露強(qiáng)度：樹(shù)脂屏蔽>普通屏蔽>金屬一體成型

既然用鐵氧體磁芯的電感器，屏蔽效果不好，為什么還繼續(xù)用？

因?yàn)槭褂昧髓F氧體磁芯的功率電感器的特點(diǎn)在于，電感的種類(lèi)更多，可應(yīng)對(duì)較高的電感值。其量產(chǎn)性?xún)?yōu)異，多用于各類(lèi)設(shè)備中。

金屬一體成型的電感太貴了。

1.9 電感工藝：繞線型

使用粗銅線繞在磁芯上，制作電感。粗銅線可降低直流電阻，適用于大電流場(chǎng)景。

1.10 電感工藝：積層型

類(lèi)似于MLCC的做法，是通過(guò)在片狀基材上打印金屬導(dǎo)體，再將其一層層疊加后生成線圈。適用于產(chǎn)品小型劃，非常適合大規(guī)模量產(chǎn)。這種電感的功率一般不高，功率電感的基材是鐵氧體，高頻電感的基材是陶瓷。

1.11 電感工藝：薄膜型:

通過(guò)使用薄膜工藝形成高精度線圈，搭配金屬磁性材料，制造出的產(chǎn)品適合小型劃、大電流要求的應(yīng)用。

2、電感的電流特性

電感規(guī)格書(shū)，如下圖，會(huì)提供兩個(gè)電流指標(biāo)：

Isat：基于電感下降30%的電流，表示直流疊加允許電流，電感值下降30%時(shí)的電感值。

Idc：基于電感溫度上升40℃的電流，表示基于溫度上升的允許電流，電感溫度從20℃或25℃（不同廠家標(biāo)準(zhǔn)不同）開(kāi)始上升40℃的允許電流。

這兩個(gè)電流中，較小的一個(gè)為電感的額定電流。電感工作電流不得超過(guò)這個(gè)值！

2.1 直流疊加允許電流

電感值有隨電流增大而降低的性質(zhì)，也叫直流重疊特性。電流大到一定程度，達(dá)到磁飽和狀態(tài)，此時(shí)電感失去電感量，電流立即增大，燒毀電感。在使用中一定要避免磁飽和現(xiàn)象出現(xiàn)。

行業(yè)規(guī)定，規(guī)格書(shū)中要提供電感值下降30%所對(duì)應(yīng)的電感值，電感實(shí)際應(yīng)用電流，都不得超過(guò)這個(gè)值。

換個(gè)角度講，電感的降額不得低于70%。印象中，汽車(chē)行業(yè)降額不得低于90%。

2.2 溫度上升允許電流

電流通過(guò)電感，電感會(huì)發(fā)熱，隨著溫度升高，磁芯，繞線的特性都會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而嚴(yán)重影響電感特性。

行業(yè)規(guī)定規(guī)格書(shū)要要提供電感溫度從20℃或25℃（不同廠家標(biāo)準(zhǔn)不同）開(kāi)始上升40℃的允許電流。而且實(shí)際使用不得超過(guò)這個(gè)電流。

3 電感的損耗

電流通過(guò)電感，電感溫度升高。溫升來(lái)自于能量的損耗，繞線引起的損耗稱(chēng)為銅損，磁芯材料引起的損耗稱(chēng)為鐵損。

銅損主要是繞線的電阻（Rdc）引起。直流電流引起的銅損與電流的平方成正比。交流電流引起的銅損不僅與電流的平方，而且與頻率成正比。頻率越高，交流電流越會(huì)集中在導(dǎo)體表面附近流過(guò)，趨膚效應(yīng)使得交流電流感受到的阻抗更大，交流銅損也更大。

鐵損主要包括磁滯損耗與渦流損耗。渦流損耗與頻率的2次方成正比，因此在高頻率范圍內(nèi)渦流損耗引起的磁芯損失會(huì)增加。

Idc的測(cè)試條件中，一定會(huì)有頻率參數(shù)，一般是1MHz.

功率電感的損耗會(huì)因負(fù)荷大小而變化，小負(fù)荷時(shí)，幾乎沒(méi)有直流，大部分是磁芯材料的鐵損。中負(fù)荷和重負(fù)荷時(shí)，直流電流很大，所以主要是銅損。下圖是一個(gè)DCDC的效率曲線圖，電感的特性直接決定了DCDC的效率曲線。

4、電感小知識(shí)

4.1 電感的Q值

Q值是表示電感器質(zhì)量的參數(shù)。Q是Quality Factor（質(zhì)量系數(shù)）的簡(jiǎn)稱(chēng)。線圈會(huì)順利流過(guò)直流電流，但會(huì)對(duì)交流電流產(chǎn)生電阻。這稱(chēng)為感抗，交流頻率越高則越大。另外，繞組雖是導(dǎo)體，但有一定的電阻成分（R）。這個(gè)電阻成份和對(duì)應(yīng)頻率的電感之比（R/2πfL）稱(chēng)為損耗系數(shù)，其倒數(shù)便是Q值（Q=2πfL/R）。ｆ是流過(guò)線圈的電流頻率，Q值會(huì)隨頻率發(fā)生變化。簡(jiǎn)而言之，Q值越高，損耗越低，對(duì)于高頻電感器而言，其具有十分優(yōu)異的特性。

對(duì)于功率電感而言，很少直接談Q值，一般只看直流阻抗，這個(gè)值越小越好。

4.2 SRF

電感器中端子電極與繞組導(dǎo)體等之間存在微小的分布容量，因此在特定頻率下會(huì)發(fā)生共振。此時(shí)的頻率稱(chēng)為自我共振頻率，超過(guò)自我共振頻率時(shí)，電感器將無(wú)法發(fā)揮其功能。

在為高頻電路或高頻模塊選擇電感器時(shí)，不僅僅是所需的電感值，同時(shí)還需要考慮相對(duì)于使用頻率的自我共振頻率。

4.3 電感能并聯(lián)使用

電感可以并聯(lián)使用，并聯(lián)使用時(shí)可以使其通過(guò)更多的電流。但缺點(diǎn)在于，由于其為合成電感，因此電感值會(huì)下降。合成電感Lt可根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算。（電感并聯(lián)與電阻并聯(lián)類(lèi)似）

4.4 電感的極性

電感器有其卷繞方向（極性），因此該標(biāo)志是為了方便從外觀確認(rèn)其極性而標(biāo)識(shí)的。根據(jù)不同使用情況，電感器的極性可能影響其特性。蘋(píng)果的主板上，電感都是有極性的，而且貼裝時(shí)，也要求按照同樣的方向貼裝。

高頻電感也是有極性的，比如村田的LQP_T系列、LQG系列、LQH系列，他們的構(gòu)造并不是完全對(duì)稱(chēng)，所以這種電感一定要按照極性器件來(lái)處理。

下圖是電感安裝方向不同將導(dǎo)致電感值發(fā)生變化的實(shí)例：

4.5 電感自感與互感

自感指電感的磁場(chǎng)影響自己的感值，互感指電感的感值受到外部磁場(chǎng)的影響。使用中，自感無(wú)法避免，但要盡量避免互感。

下圖顯示了兩個(gè)高頻電感的距離與電感值變化關(guān)系，所以說(shuō)無(wú)屏蔽的電感，極容易干擾其他器件，也容易受到干擾。在使用時(shí)，電感盡量拉開(kāi)距離。

4.6 用電感和電容來(lái)阻值高頻干擾

如下圖高頻干擾信號(hào)（紅色）第一次經(jīng)過(guò)小電容，被過(guò)濾掉一部分后繼續(xù)傳播，到達(dá)電感后，由于電感的高阻抗，這個(gè)高頻信號(hào)又被反彈回來(lái)（綠色箭頭），到達(dá)電容后在此被吸收。電容在電感的前面，這種電路能極大的濾除高頻信號(hào)。

5、電感與DCDC

在基帶硬件領(lǐng)域，功率電感只用于DCDC電路，而且功率電感是左右DCDC效率的重要元件。如下是一個(gè)buck電路，MOS管打開(kāi)時(shí)，電流留過(guò)電感，進(jìn)入負(fù)載電路。MOS管關(guān)閉時(shí)，由于電感的續(xù)流特性（電感電流不能突變），電感會(huì)盡力抑制電流下降，此時(shí)電感+電容+二極管形成了一個(gè)回路。

5.1 DCDC對(duì)電感的要求

DCDC與電感有著密切的關(guān)系，有關(guān)DCDC的介紹，見(jiàn)即將發(fā)布的文章《DCDC與電感》。關(guān)于DCDC對(duì)電感的要求，可以簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

6、金屬一體成型電感

現(xiàn)在很多廠家都在力推金屬一體成型電感，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上講，這種工藝的電感磁屏蔽性能確實(shí)最好，磁芯的材料特性也讓電感不易磁飽和。下面是鐵氧體和金屬磁芯的電流性能對(duì)比：很明顯金屬磁芯不容易磁飽和，能做到更大的電流。

磁泄露效果對(duì)比：一體成型效果非常好。

一體成型電感沒(méi)有磁芯間隙，不易產(chǎn)生異響，可以?xún)?yōu)化電感嘯叫問(wèn)題。

7、我用過(guò)的電感型號(hào)

8、電感選型的步驟

確定感值，這個(gè)在《DCDC與電感》中會(huì)介紹

選擇最大電流不超過(guò)Isat和Idc的。

盡量選擇直流電阻小的電感。

如果是大電流應(yīng)用，考慮繞線電感或者薄膜電感。大電流應(yīng)用要特別注意電感的屏蔽方式，如果主板器件密集，且敏感器件多，建議用一體成型的電感。如果不要求，可以考慮鐵氧體繞線電感或者薄膜電感。

小電流應(yīng)用，可以考慮積層電感，也要注意漏磁通對(duì)周?chē)骷母蓴_。

注意電感不能太高溫下使用，會(huì)影響Idc。

編輯：黃飛

?