電子元器件知識(shí)：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(shè)計(jì)中，電感主要有三大類應(yīng)用：

 

 

功率電感：主要用于電壓轉(zhuǎn)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(hào)線上的噪聲，EMC工程師應(yīng)該熟悉；

 

 

高頻電感：主要用于射頻電路，實(shí)現(xiàn)偏置、匹配、濾波等電路。

 

 

一、繞線電感

 

 

把銅線繞在一個(gè)磁芯上形成一個(gè)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到電感嘯叫的問(wèn)題，本質(zhì)就是磁場(chǎng)的變化引起了導(dǎo)體，也就是線圈的振動(dòng)，振動(dòng)的頻率剛好在音頻范圍內(nèi)，人耳就可以聽(tīng)見(jiàn)，合金一體成型電感，比較牢固，可以減少振動(dòng)。

 

 

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(chǎn)技術(shù)制成的無(wú)繞線電感器。它采用鐵氧體膏漿交替層疊并采用燒結(jié)工藝形成整體單片結(jié)構(gòu),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(dòng)化表面裝貼技術(shù)(SMT)，并且由于其尺寸小，高頻特性好等優(yōu)點(diǎn)。

 

 

 

四、功率電感

 

 

功率電感通常用于DCDC電路中，通過(guò)積累并釋放能量來(lái)保持連續(xù)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(gòu)成，所以其磁力線會(huì)完全暴露在空氣中，沒(méi)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(chǔ)上，在電感外圍增加了磁屏蔽材料。由于導(dǎo)磁材料磁阻小，因此磁力線基本被鎖定在導(dǎo)磁材料中，只有少部分的磁場(chǎng)會(huì)從氣隙中溢出，故這種電感對(duì)外的漏磁量很少。

 

 

（c）一體成型電感

 

 

這種電感是將繞組和導(dǎo)磁材料一次鑄造而成，內(nèi)部只開有很小的氣隙，防止電感飽和，因此這種電感基本沒(méi)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(lái)解決產(chǎn)品的輻射發(fā)射(RE)和傳導(dǎo)發(fā)射(CE)的測(cè)試問(wèn)題。去耦電感，通常結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，大都是銅絲直接繞在鐵氧體環(huán)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(gòu)成LC濾波器，減小電源噪聲。

 

 

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

 

 

 

（b）共模電感

 

 

共模電感就是在同一個(gè)鐵氧體環(huán)上繞制兩個(gè)匝數(shù)相同、繞向相反的線圈。如圖所示的共模電感：

 

 

當(dāng)有共模成分流過(guò)共模電感時(shí)，根據(jù)右手定則，會(huì)在兩個(gè)線圈形成方向相同的磁場(chǎng)，相互加強(qiáng)，相當(dāng)于對(duì)共模信號(hào)存在較高的感抗；

 

 

當(dāng)有差模成分流過(guò)共模電感時(shí)，根據(jù)右手定則，會(huì)在兩個(gè)線圈形成方向相反的磁場(chǎng)，相互抵消，相當(dāng)于對(duì)差模信號(hào)存在較低的感抗。

 

 

換一個(gè)方式理解：當(dāng)V+上流過(guò)一個(gè)頻率的共模干擾，形成的交變磁場(chǎng)，會(huì)在另一個(gè)線圈上形成一個(gè)感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律和有右手定則，感應(yīng)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(tǒng)，如220V市電、CAN總線、USB信號(hào)、HDMI信號(hào)等等。用于濾除共模干擾，同時(shí)有用的差分信號(hào)衰減較小。

 

 

共模電感選型需要注意以下幾點(diǎn)：

 

 

直流阻抗要低，不能對(duì)電壓或有用信號(hào)產(chǎn)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(guò)測(cè)試確定共模干擾的頻段，在該頻段內(nèi)共模阻抗應(yīng)該較高；

 

 

差模阻抗要小，不能對(duì)差分信號(hào)的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

 

 

六、高頻電感

 

 

高頻電感主要應(yīng)用于手機(jī)、無(wú)線路由器等產(chǎn)品的射頻電路中，從100MHz到6GHz都有應(yīng)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(wǎng)絡(luò)，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(hào)與直流偏置和直流電源隔離；

 

 

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

 

 

巴侖(Balun)：即平衡不平衡轉(zhuǎn)換，與電容一起構(gòu)成LC巴侖，實(shí)現(xiàn)單端射頻信號(hào)與差分信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

 

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