电子元器件知识：电感的种类你都了解了吗？

电子元器件知识：电感的种类你都了解了吗？

 

电感的工艺大致可以分为绕线电感、多层片状电感、薄膜电感。

 

 

在电路设计中，电感主要有三大类应用：

 

 

功率电感：主要用于电压转换，常用的DCDC电路都要使用功率电感；

 

 

去耦电感：主要用于滤除电源线或信号线上的噪声，EMC工程师应该熟悉；

 

 

高频电感：主要用于射频电路，实现偏置、匹配、滤波等电路。

 

 

一、绕线电感

 

 

把铜线绕在一个磁芯上形成一个线圈，绕线的方式有两种：圆柱形绕法(Round Wound)、平面形绕法(Flat Wound)。磁芯的磁导率越大，电感值越大，磁芯可以是非磁性材料、铁磁性材料。

 

 

绕线电感可提供大电流、高感值；磁芯磁导率越大，同样的感值，绕线就少，绕线少就能降低直流电阻；同样的尺寸，绕线少可以绕粗，提高电流。另外，电源设计中，经常遇到电感啸叫的问题，本质就是磁场的变化引起了导体，也就是线圈的振动，振动的频率刚好在音频范围内，人耳就可以听见，合金一体成型电感，比较牢固，可以减少振动。

 

 

二、多层片状电感

 

 

多层片状电感器是用磁性材料采用多层生产技术制成的无绕线电感器。它采用铁氧体膏浆交替层叠并采用烧结工艺形成整体单片结构,有封闭的磁回路,所以有磁屏蔽作用。片状电感器的外形与片状陶瓷电阻器相似,并且尺寸可以做得极小。

 

 

 

三、薄膜电感

 

 

薄膜电感器是一种采用真空薄膜工艺制作的电感器，可靠性高，易于集成化和片式化，非常适合于自动化表面装贴技术(SMT)，并且由于其尺寸小，高频特性好等优点。

 

 

 

四、功率电感

 

 

功率电感通常用于DCDC电路中，通过积累并释放能量来保持连续的电流。功率电感大都是绕线电感，可以提高大电流、高电感。

 

 

 

（a）非屏蔽工字型电感

 

 

其磁路由磁芯和空气共同构成，所以其磁力线会完全暴露在空气中，没有任何的磁屏蔽。

 

 

（b）半屏蔽电感

 

 

这种电感在工字形电感的基础上，在电感外围增加了磁屏蔽材料。由于导磁材料磁阻小，因此磁力线基本被锁定在导磁材料中，只有少部分的磁场会从气隙中溢出，故这种电感对外的漏磁量很少。

 

 

（c）一体成型电感

 

 

这种电感是将绕组和导磁材料一次铸造而成，内部只开有很小的气隙，防止电感饱和，因此这种电感基本没有磁力线的溢出。

 

 

五、去耦电感

 

 

去耦电感也叫Choke，教科书上通常翻译成扼流圈。去耦电感的作用是滤除线路上的干扰，属于EMC器件，EMC工程师主要用来解决产品的辐射发射(RE)和传导发射(CE)的测试问题。去耦电感，通常结构比较简单，大都是铜丝直接绕在铁氧体环上。

 

 

（a）差模电感

 

 

差模电感就是普通的绕线电感，用于滤除一些差模干扰，主要就是与电容一起构成LC滤波器，减小电源噪声。

 

 

对于220V市电，差模干扰就是L相到N相之间的干扰；对于主板上的低压直流电源，其实就是电源噪声。

 

 

 

（b）共模电感

 

 

共模电感就是在同一个铁氧体环上绕制两个匝数相同、绕向相反的线圈。如图所示的共模电感：

 

 

当有共模成分流过共模电感时，根据右手定则，会在两个线圈形成方向相同的磁场，相互加强，相当于对共模信号存在较高的感抗；

 

 

当有差模成分流过共模电感时，根据右手定则，会在两个线圈形成方向相反的磁场，相互抵消，相当于对差模信号存在较低的感抗。

 

 

换一个方式理解：当V+上流过一个频率的共模干扰，形成的交变磁场，会在另一个线圈上形成一个感应电流，根据楞次定律和有右手定则，感应电流的方向与V-上共模干扰的方向相反，就抵消了一部分，减小了共模干扰。

 

 

共模电感主要用于双线或者差分系统，如220V市电、CAN总线、USB信号、HDMI信号等等。用于滤除共模干扰，同时有用的差分信号衰减较小。

 

 

共模电感选型需要注意以下几点：

 

 

直流阻抗要低，不能对电压或有用信号产生较大影响；

 

 

用于电源线的话，要考虑额定电压和电流，满足工作要求；

 

 

通过测试确定共模干扰的频段，在该频段内共模阻抗应该较高；

 

 

差模阻抗要小，不能对差分信号的质量产生较大影响。

 

 

六、高频电感

 

 

高频电感主要应用于手机、无线路由器等产品的射频电路中，从100MHz到6GHz都有应用。

 

 

高频电感在射频电路中主要有以下几种作用：

 

 

匹配(Matching)：与电容一起组成匹配网络，消除器件与传输线之间的阻抗失配，减小反射和损耗；

 

 

滤波(Filter)：与电容一起组成LC滤波器，滤出一些不想要的频率成分，防止干扰器件工作；

 

 

隔离交流(Choke)：在PA等有源射频电路中，将射频信号与直流偏置和直流电源隔离；

 

 

谐振(Resonance)：与电容一起构成LC振荡电路，作为VCO的振荡源；

 

 

巴仑(Balun)：即平衡不平衡转换，与电容一起构成LC巴仑，实现单端射频信号与差分信号之间的转换。

 

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