如何選擇電感器？

如何選擇電感器？ 

電感器是用于濾波、定時和電力電子應用的兩端元件。只要有電流流動，它們就會以磁場的形式儲存能量。根據(jù)楞次定律，電感器通過感應電動勢（或電動勢）來對抗電流變化。電感器對于交流信號可以近似為開路，對于直流信號可以近似為短路。電感的單位是亨利（H）。  影響電感器電感量的主要因素有四個：線圈匝數(shù)、線圈面積、線圈長度和磁芯材料。

當電感器的磁芯由鐵磁材料制成時，它會產(chǎn)生更高的電感。但是，帶有磁芯的電感器具有磁滯和渦流等損耗。在選擇電感器時，需要牢記幾個重要參數(shù)：

Q 因數(shù)，或稱品質(zhì)因數(shù)，是指電感的電抗與有效電阻的比值。該值取決于頻率，測試頻率通常在數(shù)據(jù)表中指定。Q 因子影響 LC 電路中中心頻率的銳度。通常，優(yōu)選高 Q 因子值。

       自諧振頻率 (SRF) 描述了電感器停止作為電感器工作的頻率。對于射頻電路，應選擇自諧振頻率，使其超過電路的工作頻率。由于在自諧振頻率下電感為零，因此 Q 因數(shù)為零。

飽和電流 是指使電感下降指定值的直流電流。電感下降是因為磁芯只能存儲一定量的磁通密度。飽和電流與電感器的磁特性有關(guān)，而額定電流與物理特性有關(guān)，它描述了可以通過電感器的最大直流電流。

       直流電阻（DCR） 是指電感器金屬導體中固有的電阻，可以將其建模為與電感器串聯(lián)的電阻器。直流電阻是 DC-DC 轉(zhuǎn)換器設計中的一個重要參數(shù)，因為電阻會導致 I 2 R 損耗，從而降低效率。

容差是實際電感器的電感值與數(shù)據(jù)表中指定值相比的變化。這可能導致射頻濾波器的頻率選擇發(fā)生不必要的偏移。

電感器也稱為線圈或電抗器。如果電感器用于阻斷或去耦更高的頻率，則稱為“扼流圈”。根據(jù)磁芯和結(jié)構(gòu)中使用的材料，有不同類型的電感器。讓我們看一下下面的一些主要內(nèi)容：

一、空心電感

           空芯電感沒有磁芯，最大的優(yōu)點是Q因子高，損耗低。由于它們沒有鐵芯，因此需要更多數(shù)量的線圈才能獲得相同的電感值，從而導致尺寸增加。它們主要用于高頻應用，例如低電感值就足夠的諧振電路。

二、鐵氧體磁芯電感     

               鐵氧體磁芯電感器由具有高磁導率的鐵磁材料制成。與其他類型相比，這些電感器具有更高的電感。他們的損失也很低。它們用于噪聲濾波器、高質(zhì)量變壓器和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。

三、鐵芯電感

        鐵芯電感器因其鐵芯而具有非常高的電感值。它們可以處理高功率，但高頻容量有限。它們主要用于音頻設備等低頻應用。鐵粉電感器中使用了細小的鐵粉顆粒，其飽和電流比鐵氧體磁芯電感器高。它們通常用作射頻扼流圈。

四、環(huán)形電感

                當電感器繞在環(huán)形或環(huán)形線圈上時，它們被稱為環(huán)形電感器。由于環(huán)形磁芯具有閉環(huán)磁芯，因此它的電感和 Q 因數(shù)高于直磁芯（螺線管）電感器。由于對稱性，磁通量泄漏非常低。這種結(jié)構(gòu)使環(huán)形電感器成為大電流和高電感應用的良好選擇  。這些電感器用于 DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器、醫(yī)療和制冷設備、電信電路等。

五、色環(huán)電感

          基于線軸的電感器纏繞在圓柱形線軸上，可以是軸向引線或徑向引線。這些主要用于印刷電路板（PCB）。它們在額定功率、工作頻率、尺寸和其他參數(shù)方面差異很大。

六、疊層片式陶瓷電感

               這些電感器通過層疊陶瓷材料形成集成單片電感器。它們比環(huán)形電感器更小且更便宜。雖然它們的 Q 因子低于環(huán)形電感器，但它們在容差、額定電流、尺寸和價格之間提供了良好的整體平衡。它們用于抑制高頻噪聲、無線局域網(wǎng)等模塊和移動通信系統(tǒng)中的射頻匹配。

七、薄膜電感

         感器在其基材上使用一層導體薄膜，使其具有超小型尺寸。在基板上形成多個螺旋形薄膜線圈，從而形成緊湊且高精度的電感器。與多層陶瓷電感器相比，它們的變化很小。然而，薄膜電感器的最大值受到限制。它們的應用在需要小電感器尺寸、低容差和高 Q 因子的射頻匹配電路中。它們也用于 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。

八、鐵氧體磁珠

               鐵氧體磁珠是一種無源元件，可消除電路中的高頻電磁干擾 (EMI)噪聲。鐵氧體磁珠與信號源串聯(lián)放置。任何流過鐵氧體磁珠的電流都會產(chǎn)生與鐵氧體磁珠的直流電阻成比例的電壓降。因此，優(yōu)選具有低值的直流電阻。然而，希望在某個定義的頻率范圍內(nèi)具有高阻抗以抑制噪聲。

應用

電感器的兩個主要應用領域是電力電子和射頻電路。電感器是各種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器以及 LC 調(diào)諧振蕩器的射頻電路中必不可少的組件。下面我們來看看這兩個應用程序：

一、對于 DC-DC 轉(zhuǎn)換器：

DC-DC 轉(zhuǎn)換器或開關(guān)穩(wěn)壓器普遍用于幾乎所有電子設備中。它們很受歡迎，因為它們在直流電壓的升壓（升壓轉(zhuǎn)換器）和降壓（降壓轉(zhuǎn)換器）期間具有高效率。下面是用于降低直流電壓的降壓轉(zhuǎn)換器的簡化圖。需要一個控制器 IC 來檢測反饋電壓并相應地調(diào)整開關(guān) PWM。今天的一些 DC-DC 轉(zhuǎn)換器用晶體管代替二極管來進行同步整流。

在選擇電感值時，需要考慮各種參數(shù)，例如輸入電壓范圍、輸出電壓、最大輸出紋波、最大負載電流、尺寸和輸出電容的 ESR 。電感器應具有較高的額定電流值，以便它可以在整個負載的線性范圍內(nèi)工作。此外，它應該具有低直流電阻，以最大限度地減少損耗并提高穩(wěn)壓器的效率。它還應該具有對印刷電路板 (PCB) 很重要的小尺寸。

二、對于射頻電路：

電感器用于各種射頻電路，包括濾波器、振蕩器等。讓我們以Colpitts 振蕩器為例，它是連接在單級晶體管放大器的集電極和基極之間的 LC 諧振電路。放大器是必需的，因為 LC 電路本身會由于組件的寄生電阻而產(chǎn)生阻尼振蕩。Colpitts 振蕩器中的放大器確保無阻尼振蕩。要選擇射頻扼流圈，請選擇自諧振頻率 (SRF) 接近需要扼流圈的頻率的電感器。這是因為電感器的阻抗在其 SRF 處最大。對于 LC 電路，選擇電感器，使其SRF 高得多(~10x) 比工作頻率。還必須考慮電感器的容差，因為它可能會導致頻率選擇出現(xiàn)不必要的偏移。

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