? 電感最重要、最常見的幾個作用-杭州遠方光電信息股份有限公司

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        電感最重要、最常見的幾個作用

        2021-07-20531

        電感器俗稱電感,本質上是一個線圈,有空心線圈也有實心線圈,實心線圈有鐵芯或者其它材料制成的芯,電感的單位是“H”,簡稱“亨”。此外,更小的單位是mH,uH,他們的換算方式為1H=1000mH=1000000uH。

        電感的常見作用


        ? 阻交通直



        對于直流電,電感是相當于短路的;而對于交流電,電感是對其有阻礙作用的,交流電的頻率越高,電感對它的阻礙作用越大。



        變壓器


        對我們來說最熟悉的電感應用莫過于變壓器了,如圖1所示為變壓器的電路符號。假如左側線圈匝數為100,右側匝數為50,如果左側接220V交流電,那么右側感應出來的電壓為110V,即“匝數比=電壓比”而電流卻會截然相反;如果左側流進1A電流,那么右側會流出2A的電流,即“匝數比=電流的反比”,因為電感只會對電壓、電流進行變化,而不能對功率進行變化,如果電壓和電流都為正比顯然是不合情理的。


        圖1

        RL低通濾波器


        所謂低通濾波器是:低頻信號可以通過,而高頻信號不能通過,電路原理圖如圖2。輸入信號如果是直流電,那么電感相當于一根導線;現在是短路,信號會經過電感,直接輸出,而不經過電阻。如果我們逐漸升高電流的頻率,由于電感對交流電有阻礙作用,通過電感的信號會慢慢變小,直到達到某一個頻率,當高于這個頻率之后的電流再也無法通過,這時候就形成了低通濾波器,這個頻率就叫做截止頻率,公式為 f=R/(2πL)。


        圖2


        ? RL高通濾波器


        高通濾波器的道理和低通的類似,只不過電阻和電感的位置變了,如圖3。如果是直流電,會經過電感流回去,這時候如果改變頻率,當頻率逐漸升高,由于電感對交流電的阻礙作用,當頻率達到截止頻率時,高頻信號不經過電感,而直接把我們需要的高頻信號輸出。截止頻率的計算也是 f=R/(2πL)。

         

        圖3


        以上列舉了一些常用的電感應用,當然電感的作用遠遠不止這些,以上講的都是基礎,應用的時候考慮的遠比以上所說的要多。



        電感的分類


        按電感形式分類:固定電感、可變電感。



        按導磁體性質分類:空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。


        按工作性質分類:天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈。


        按繞線結構分類:單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。


        按工作頻率分類:高頻線圈、低頻線圈。


        按結構特點分類:磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。



        十種電感的特性


        1)工字型電感



        它的前身是撓線式貼片電感,工字型電感是它們的改良,擋板有效加強儲能能力,改變EMI方向和大小,亦可降低RDC。它可以說是訊號通訊電感跟POWER電感的一種妥協。


        貼片式的工字型電感主要用于幾百kHz至一兩MHz的較小型電源切換,如數字相機的LED升壓、ADSL等較低頻部份的訊號處理或POWER用途。它的Q值有20、30,做為訊號處理頗為適合。RDC比撓線式貼片電感低,作為POWER也是十分好用。當然,很大顆的工字型電感,那肯定是POWER用途了。


        工字型電感最大的缺點仍是開磁路,有EMI的問題;另外,噪音的問題比撓線式貼片電感大。個人認為,工字型電感肯定不是最佳化的結構,改良空間仍是十分大。


        2)色環電感


        色環電感是最簡單的棒形電感的加工,主要是用作訊號處理。本身跟棒形電感的特性沒有很大的差別,只是多了一些固定物,和加上一些顏色方便分辨感值。因單價算是十分便宜,現時比較不注重體積,以及仍可用插件的電子產品,使用色環電感仍多。因為是插件式,而且太傳統了,被時代淘汰是時間的早晚。


        3)空芯電感


        空心電感主要是訊號處理用途,用作共振、接收、發射等??諝饪蓱迷谏醺哳l的產品,故此很多變異要求不太高的產品仍在使用。因為空氣不是固定線圈的最佳材料,故此在要求越來越嚴格的產品趨勢上,發展有限。

         

        4)環形線圈電感


        環形線圈電感,是電感理論中很理想的形狀。閉磁路,很少EMI的問題,充分利用磁路,容易計算,幾乎理論上的好處,全歸環形線圈電感??墒?,有一個最大的缺點,就是不好撓線,制程多用人工處理。


        現在中國人多,女孩子眼明手細,不過誰愿意讓年輕活潑的女孩子浪費青春,早晚請不到人。但用機器的話,環形撓線的競爭力,仍有待做機械和電子控制的工程師來提升。環形線圈電感雖然是電感中很理想的形狀,但因為主要是人工撓線,作為訊號處理,因為要求較高,所以比較少用。但很小很小的環形線圈電感,卻仍是用量十分大,主要是用在高頻、高感的通訊產品上。


        環形線圈電感最大量的,是用鐵粉芯作材料跟樹脂等混在一起,使得Air gap均勻分布在鐵粉芯內部。做電感的,有一定的敏感度。當我們看到Air gap二字,就知道是用在power上,故此鐵粉芯環形線圈電感是power電感最常用的一種,IDC可以達到20多安培。


        我覺得環形線圈電感的改良空間是十分大的,不妨往這方向研發和思考。


        鐵粉芯環形線圈電感的優點是環形,但缺點亦是環形。我前面曾說,使用者最喜歡的形狀是方形,故此在妥協下環形線圈電感并不是最具優勢。


        5)貼片迭層高頻電感


        貼片迭層高頻電感,其實就是空心電感。特性完全相同,不過因為容易固定,可以小型化。


        貼片迭層高頻電感跟空心電感比較,因為空氣不是好的固定物,但空氣的相對導磁率是一,在高頻很好用,因此找一些相對導磁率是一,又是很好的固定物,那不是很好。


        事實,世間絕大部分的物質,對導磁率都是一,最便宜的就是石頭。貼片迭層高頻電感的材質就是石頭,石頭就是硅啦。三氧化二鋁等等的材質,也是一樣的用意啦。


        總之,貼片迭層高頻電感材質的目的,是可以做成積層貼片,方便印刷線路。我們不單不希望貼片迭層高頻電感的材質有特性,我們希望它完全沒有特性更佳,使得貼片迭層高頻電感特性完全像空心線圈,而且因為能固定,所以變異很小很小。在制程上,因為迭層制程,更可以盡量小型化。


        Z=2*圓周率*頻率*電感值 ,2和圓周率是常數,不管它們。相同的阻抗,頻率越高,代表電感值可以越小?,F時通訊產品的頻率就是越來越高,這代表感值需求越來越小。


        感值越小,代表我們可以做得更小顆,更不用高導磁率的磁性材料,用空氣,用石頭就可以了。所以,貼片迭層高頻電感的使用量一定會越來越多,這是人類發展的必然趨勢。


        貼片迭層高頻電感跟貼片撓線式高頻電感的比較,貼片迭層高頻電感的Q值不夠高,是最大的缺點,。但我可以確定,現在市面上的貼片迭層高頻電感Q值,肯定不是這產品的極限,改善的空間仍是十分寬廣。另外,因為高頻產品的變異要求十分嚴格,所以材質對溫度的變化,也是臺灣和中國貼片迭層高頻電感,尚無法跟日系強烈對抗的重要原因。


        唉,那些大老板真不知是吃甚么長大的,怎么說他們才會聽。老是想著殺價! 殺價只是競爭手段之一,為什么不想想看從技術去提升競爭呢。


        最后,因為感值會越來越小,精準度要求越來越高,貼片迭層高頻電感會取代貼片撓線式高頻電感。南海十一郎預測,5年到10年后,貼片薄膜高頻電感,也會取代貼片迭層高頻電感。研究和市場方向,要抓對啊。



        6)磁棒電感


        磁棒電感是空心電感的加強,電感值跟導磁率成正比,塞磁性材料進空心線圈,電感值、Q值等都會大為增加。好處,就自己想象了。如果想不通,或者不想思考,要早點改行喔。磁棒電感是最簡單、最基本的電感;30年到100年前,電感有什么應用,它就有什么應用,特性亦是如此。


        7)SMD貼片功率電感


        SMD貼片功率電感最主要是強調儲能能力,以及LOSS要少。


        8)穿心磁珠


        穿心磁珠,就是阻抗器啦,電感是低通組件,可讓低頻通過,阻擋高頻。


        9)貼片磁珠


        貼片磁珠就是穿心磁珠的下一代。

        10)貼片高頻變壓器、插件高頻變壓器


        高頻變壓器嘛,一般用于開關電源。



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