你知道電感的七大關(guān)鍵參數(shù)嗎？

電子設(shè)計(jì)聯(lián)盟 · 發(fā)表于 2024-12-11 07:30:00

大家好，今天這篇文章介紹電感的七大關(guān)鍵參數(shù)。
1、電感值
電感值就是電感做好以后的固有特性，比如1uH， 10mH，1H，這樣不同類型的感值。在學(xué)習(xí)電感值之前，我們先看一下電阻公式：

其中p是導(dǎo)體的電阻率（Ω*m），S是導(dǎo)體的橫截面積（m2），l是導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）。對(duì)于一段固定長(zhǎng)度的導(dǎo)體，電阻的大小和導(dǎo)體的電阻率有關(guān)，而不是和通過(guò)導(dǎo)體的電壓和電流有關(guān)。同樣對(duì)于電感而言，電感的計(jì)算公式如下:

其中，k是長(zhǎng)岡系數(shù)，u是磁導(dǎo)率，n是線圈的匝數(shù)，s是環(huán)的大小面積，l是線圈的長(zhǎng)度。上面的幾個(gè)系數(shù)用下面的圖示表示

長(zhǎng)岡系數(shù)（k）是由物理學(xué)者長(zhǎng)岡半太郎博士引進(jìn)的，是對(duì)線圈形狀的修正系數(shù)。在截面積的半徑為r、長(zhǎng)度為l的線圈中，長(zhǎng)岡系數(shù)為如下圖表所示。2r/ｌ=0為無(wú)限長(zhǎng)的線圈，其長(zhǎng)岡系數(shù)為1，有限長(zhǎng)度的線圈不足1。意思是如果截面積相同，則長(zhǎng)度越短電感越低。

因此，如果線圈的長(zhǎng)度相同，要增加電感量，可以繞制更大截面積的電感，使用匝數(shù)更多的電感，鐵芯磁導(dǎo)率更高的電感。
下面是TDK廠家的MLZ1608型系列電感的數(shù)據(jù)手冊(cè)，從手冊(cè)中可以看到，這個(gè)電感的電感值為，0.22uH，但是在電感值的后面跟隨者是容差，也就是實(shí)際在使用電感時(shí)，電感值一般會(huì)因?yàn)楣に嚨脑�，�?dǎo)致批次的個(gè)體之間存在±20%的容差存在。

2、直流電阻DCR電感的直流電阻一般都很小，在mΩ級(jí)別，表征的是線圈銅線的電阻，電阻的大小可以根據(jù)電阻的公式進(jìn)行計(jì)算。DCR越大，在電感上產(chǎn)生的熱量和壓降就會(huì)越大，因此在電源中使用的電感DCR會(huì)降低電源的效率。
在測(cè)量電感的DCR時(shí)，較快的方式是將一個(gè)直流通過(guò)電感，測(cè)試電感兩端的壓降，利用歐姆定律可以計(jì)算出電感的DCR。一般情況下，電感值越高，DCR會(huì)越大。
電感的DCR可以看成是頻率為0時(shí)，電感的阻抗值，根據(jù)電感的阻抗公式：

當(dāng)頻率為0時(shí)，X應(yīng)該為0，但是由于線圈存在電阻，因此，此時(shí)DCR就表現(xiàn)為電感的阻抗值。
3、飽和電流電感的飽和電流是指當(dāng)通過(guò)電感的值超過(guò)Isat時(shí) ，電感值會(huì)迅速下降，導(dǎo)致電感失去電感的特性，變更一段導(dǎo)體，這也是為什么在電源電路中使用的電感，需要防止電感產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。
在實(shí)際使用過(guò)程中，電感的飽和電感定義為電感值降低為初始20%時(shí)所通過(guò)電流的值即為飽和電流。

在電感的數(shù)據(jù)手冊(cè)中也能明顯看到隨著電流的增大，電感存在一個(gè)急劇降低的閾值。

電感電流增加，為什么會(huì)存在電感急劇減小的原因是什么呢？

本質(zhì)原因是因?yàn)橹绷麟娏髟黾訉?dǎo)致磁芯的磁導(dǎo)率下降，如上圖所示幾種材料的磁導(dǎo)率和直流電流的特性曲線，當(dāng)電流增加到超過(guò)一定限值時(shí)，磁導(dǎo)率減小，根據(jù)電感的公式可知，此時(shí)電感L也會(huì)減小。
4、溫升電流根據(jù)上面規(guī)格書(shū)中的定義，溫升電流定義為電感自身溫度上升40℃，通過(guò)電感的電流。

從上面的電流和溫度的曲線可以看出，隨著電流的增加，電感的溫度在上升。當(dāng)溫度上升40℃時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值即為溫升電流。
5、額定電流在電感的電流參數(shù)中，一共存在三個(gè)電流，額定電流，飽和電流，溫升電流，實(shí)際上這三個(gè)電流綜合起來(lái)說(shuō)就一個(gè)電流——額定電流。因?yàn)轭~定電流就是在Isat和Itemp中選擇最小的一項(xiàng)。所以，如果給定一個(gè)電感，它的額定電流就是在飽和電流和溫升電流中選一個(gè)最小的就可以。

6、電感的阻抗電感在不同頻率下表現(xiàn)出的阻抗值不一樣，經(jīng)常說(shuō)電感通直隔交就是說(shuō)當(dāng)直流通過(guò)電感時(shí)，電感表現(xiàn)出非常小的阻抗，而當(dāng)頻率較高時(shí)，電感表現(xiàn)出較大的阻抗。

但是電感的阻抗并不是一直隨著頻率增加而增加，由于電感生產(chǎn)工藝和PCB焊接時(shí)無(wú)法避免的存在寄生電容，當(dāng)信號(hào)頻率剛好時(shí)電感和寄生電容出現(xiàn)諧振時(shí)，這個(gè)時(shí)候電感的阻抗最大，當(dāng)頻率繼續(xù)增大時(shí)，電感的阻抗開(kāi)始降低，并表現(xiàn)為電容性。阻抗隨頻率變化的曲線如下圖所示。

7、交流電阻ACR前面分析過(guò)電感的直流電阻DCR，通常也稱為Rdc，對(duì)于電感還有一個(gè)參數(shù)即交流電阻，ACR或者Rac，這兩個(gè)電阻都是影響電感損耗的因素。對(duì)于一段導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，它自身存在直流電阻，因此存在DCR，但是ACR應(yīng)該怎么理解？
理論上電感的損耗只有直流電阻DCR帶來(lái)的直流損耗，而實(shí)際使用的電感除此之外還包含有導(dǎo)致磁芯產(chǎn)生渦流損耗的電阻成分、因趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)而增加的導(dǎo)線電阻成分，我們將之叫做交流電阻(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(shí)際使用時(shí)需要考慮這些因素。
ACR的存在的根本原因是因?yàn)閷?dǎo)體的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，對(duì)于電感來(lái)說(shuō)，電流并不是恒定不變的，一般都是呈現(xiàn)一定頻率的波動(dòng)，那么電感對(duì)不同頻率的波動(dòng)電流就會(huì)呈現(xiàn)不同的電阻，這個(gè)電阻就是Rac。

下圖是TDK電感在不同頻率下表現(xiàn)出來(lái)的交流電阻，根據(jù)曲線可知，在頻率低于1MHz時(shí)，交流電阻表現(xiàn)比較低，不到10Ω，但是在10MHz時(shí)，電感的交流電阻達(dá)到1KΩ，引起原因就是頻率增加，趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)進(jìn)一步增加，使得增加。

需要注意的是，一般的應(yīng)用中交流成分遠(yuǎn)低于直流成分，比如使用上面的電感，用在300~500K的DC-DC中，ACR等效大概幾百毫歐，因此在ACR造成的影響并不影響，但是在輕載時(shí)，直流成分降低，ACR造成的損耗就不能忽視。

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