電子元器件知識：電感的種類你都了解了嗎？

電子元器件知識：電感的種類你都了解了嗎？

 

電感的工藝大致可以分為繞線電感、多層片狀電感、薄膜電感。

 

 

在電路設計中，電感主要有三大類應用：

 

 

功率電感：主要用于電壓轉換，常用的DCDC電路都要使用功率電感；

 

 

去耦電感：主要用于濾除電源線或信號線上的噪聲，EMC工程師應該熟悉；

 

 

高頻電感：主要用于射頻電路，實現偏置、匹配、濾波等電路。

 

 

一、繞線電感

 

 

把銅線繞在一個磁芯上形成一個線圈，繞線的方式有兩種：圓柱形繞法(Round Wound)、平面形繞法(Flat Wound)。磁芯的磁導率越大，電感值越大，磁芯可以是非磁性材料、鐵磁性材料。

 

 

繞線電感可提供大電流、高感值；磁芯磁導率越大，同樣的感值，繞線就少，繞線少就能降低直流電阻；同樣的尺寸，繞線少可以繞粗，提高電流。另外，電源設計中，經常遇到電感嘯叫的問題，本質就是磁場的變化引起了導體，也就是線圈的振動，振動的頻率剛好在音頻范圍內，人耳就可以聽見，合金一體成型電感，比較牢固，可以減少振動。

 

 

二、多層片狀電感

 

 

多層片狀電感器是用磁性材料采用多層生產技術制成的無繞線電感器。它采用鐵氧體膏漿交替層疊并采用燒結工藝形成整體單片結構,有封閉的磁回路,所以有磁屏蔽作用。片狀電感器的外形與片狀陶瓷電阻器相似,并且尺寸可以做得極小。

 

 

 

三、薄膜電感

 

 

薄膜電感器是一種采用真空薄膜工藝制作的電感器，可靠性高，易于集成化和片式化，非常適合于自動化表面裝貼技術(SMT)，并且由于其尺寸小，高頻特性好等優點。

 

 

 

四、功率電感

 

 

功率電感通常用于DCDC電路中，通過積累并釋放能量來保持連續的電流。功率電感大都是繞線電感，可以提高大電流、高電感。

 

 

 

（a）非屏蔽工字型電感

 

 

其磁路由磁芯和空氣共同構成，所以其磁力線會完全暴露在空氣中，沒有任何的磁屏蔽。

 

 

（b）半屏蔽電感

 

 

這種電感在工字形電感的基礎上，在電感外圍增加了磁屏蔽材料。由于導磁材料磁阻小，因此磁力線基本被鎖定在導磁材料中，只有少部分的磁場會從氣隙中溢出，故這種電感對外的漏磁量很少。

 

 

（c）一體成型電感

 

 

這種電感是將繞組和導磁材料一次鑄造而成，內部只開有很小的氣隙，防止電感飽和，因此這種電感基本沒有磁力線的溢出。

 

 

五、去耦電感

 

 

去耦電感也叫Choke，教科書上通常翻譯成扼流圈。去耦電感的作用是濾除線路上的干擾，屬于EMC器件，EMC工程師主要用來解決產品的輻射發射(RE)和傳導發射(CE)的測試問題。去耦電感，通常結構比較簡單，大都是銅絲直接繞在鐵氧體環上。

 

 

（a）差模電感

 

 

差模電感就是普通的繞線電感，用于濾除一些差模干擾，主要就是與電容一起構成LC濾波器，減小電源噪聲。

 

 

對于220V市電，差模干擾就是L相到N相之間的干擾；對于主板上的低壓直流電源，其實就是電源噪聲。

 

 

 

（b）共模電感

 

 

共模電感就是在同一個鐵氧體環上繞制兩個匝數相同、繞向相反的線圈。如圖所示的共模電感：

 

 

當有共模成分流過共模電感時，根據右手定則，會在兩個線圈形成方向相同的磁場，相互加強，相當于對共模信號存在較高的感抗；

 

 

當有差模成分流過共模電感時，根據右手定則，會在兩個線圈形成方向相反的磁場，相互抵消，相當于對差模信號存在較低的感抗。

 

 

換一個方式理解：當V+上流過一個頻率的共模干擾，形成的交變磁場，會在另一個線圈上形成一個感應電流，根據楞次定律和有右手定則，感應電流的方向與V-上共模干擾的方向相反，就抵消了一部分，減小了共模干擾。

 

 

共模電感主要用于雙線或者差分系統，如220V市電、CAN總線、USB信號、HDMI信號等等。用于濾除共模干擾，同時有用的差分信號衰減較小。

 

 

共模電感選型需要注意以下幾點：

 

 

直流阻抗要低，不能對電壓或有用信號產生較大影響；

 

 

用于電源線的話，要考慮額定電壓和電流，滿足工作要求；

 

 

通過測試確定共模干擾的頻段，在該頻段內共模阻抗應該較高；

 

 

差模阻抗要小，不能對差分信號的質量產生較大影響。

 

 

六、高頻電感

 

 

高頻電感主要應用于手機、無線路由器等產品的射頻電路中，從100MHz到6GHz都有應用。

 

 

高頻電感在射頻電路中主要有以下幾種作用：

 

 

匹配(Matching)：與電容一起組成匹配網絡，消除器件與傳輸線之間的阻抗失配，減小反射和損耗；

 

 

濾波(Filter)：與電容一起組成LC濾波器，濾出一些不想要的頻率成分，防止干擾器件工作；

 

 

隔離交流(Choke)：在PA等有源射頻電路中，將射頻信號與直流偏置和直流電源隔離；

 

 

諧振(Resonance)：與電容一起構成LC振蕩電路，作為VCO的振蕩源；

 

 

巴侖(Balun)：即平衡不平衡轉換，與電容一起構成LC巴侖，實現單端射頻信號與差分信號之間的轉換。

 

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