电感

发布时间：2022-08-12 16:06
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2614

    电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。当电流通过线圈后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈名。它是描述由于线圈电流变化，在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。电感是自感和互感的总称。提供电感的器件称为电感器。

电感


电感简介

    导体的一种性质，用导体中感生的电动势或电压与产生此电压的电流变化率之比来量度。稳恒电流产生稳定的磁场，不断变化的电流(交流)或涨落的直流产生变化的磁场，变化的磁场反过来使处于此磁场的导体感生电动势。感生电动势的大小与电流的变化率成正比。比例因数称为电感，以符号L表示，单位为亨利(H)。

    电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感，是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感）。

    自感

    当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。

    互感

    两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。


电感分类

    按电感形式分类：固定电感、可变电感。

    按导磁体性质分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

    按工作性质分类：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

    按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

    按工作频率分类：高频线圈、低频线圈。

    按结构特点分类：磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

电感工作原理

    电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。

    根据法拉弟电磁感应定律：磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止磁力线的变化的。磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这自感现象产生很高的感应电势所造成的。


电感作用

    简单的说法是通直流阻交流，对交流信号进行隔离，滤波或与电容器，电阻器等组成谐振电路。

    通直流

    所谓通直流就是指在直流电路中，电感的作用就相当于一根导线，不起任何作用。

    阻交流

    在交流电路中,电感会有阻抗，即XL，整个电路的电流会变小,对交流有一定的阻碍作用。电感线圈当加上交流电时，自身电流变化，引起自身磁通量发生变化而引起感应电动势，这种现象叫自感，自感电流的方向总是阻碍引起自感的电流变化，当交流电流增强时，自感电流跟交流电方向相反，当交流电流减弱时，自感电流跟交流电方向相同，这样对交流就具有阻截作用。

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　　1. 磁珠和电感的区别　　1.1 磁珠　　定义：磁珠是一种被用于电子电路中的元件，通常由铁氧体材料制成。它们主要用于吸收高频噪声并提供电磁兼容性(EMC)保护。　　作用：磁珠通过对电磁场的干扰产生反作用来减少电磁噪声。它们能够阻止高频信号传播到其他部分，从而减少电路中不必要的干扰。　　1.2 电感　　定义：电感是一种 passvie 元件，由导体线圈组成，产生一个磁场以存储能量。它可以阻挡交流信号通过，同时允许直流信号通过。　　作用：电感用于限制高频信号的传输，过滤噪声和干扰，调节电路的频率响应，并稳定电源电压。　　2. 在EMC滤波中如何选择磁珠和电感　　2.1 适用场景　　磁珠：适用于处理较高频率的电磁干扰，例如在通信设备、无线电设备和高速数字电路中。　　电感：用于低频到中频范围内的干扰抑制，例如在电源线滤波器或信号线接口处。　　2.2 频率特性　　磁珠：在高频范围内表现更好，可以有效吸收并消除高频干扰。　　电感：对低频信号和直流信号的阻抗更大，在低频范围内有更好的滤波效果。　　2.3 阻抗匹配　　磁珠：一般具有较低的串联阻抗，需要与电路的特性阻抗匹配以获得最佳性能。　　电感：通常具有较高的阻抗，可用于与电路的特性阻抗匹配，实现更好的信号过滤和隔离。　　2.4 成本和体积　　磁珠：通常比电感更小巧且价格相对便宜，适合在空间受限情况下使用。　　电感：较大且价格较高，但在需要更高电感值时是更为可靠的选择。　　2.5 综合考虑　　在进行EMC滤波元件选择时，需要结合实际应用需求和设计条件，综合考虑磁珠和电感的特性，包括频率响应、阻抗匹配、成本和体积等因素。根据电路系统的工作频率、干扰来源、所需阻抗和预算等因素，选择最适合的磁珠或电感进行滤波。　　磁珠和电感作为常见的EMC滤波元件，在电路设计中发挥着重要作用。磁珠主要用于高频干扰的消除，而电感则更多地应用于低频到中频范围的信号过滤。在选择磁珠和电感时，需要考虑其频率特性、阻抗匹配、成本和体积等因素，以及实际应用的需求。通过综合考虑这些因素，设计工程师可以选择最适合的EMC滤波元件，以确保电路系统的稳定性、可靠性和电磁兼容性。　　在实际应用中，经常会选择将磁珠和电感结合使用，以达到更好的滤波效果。通过合理布局和组合磁珠、电感以及其他滤波元件，可以有效地减少电磁干扰对系统的影响，提高系统的性能和可靠性。
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　　消费类应用是现代 DC/DC 变换器需求的主要驱动力。在这类应用中，功率电感主要被用于电池供电设备、嵌入式计算，以及高功率、高频率的 DC/DC 变换器。了解电感的电气特性对于设计紧凑型、经济型、高效率、并具备出色散热性能的系统至关重要。　　电感是一种相对简单的元件，它由缠绕在线圈中的绝缘线组成。但当单个元件组合在一起，用来创建具有适当尺寸、重量、温度、频率和电压的电感，同时又能满足目标应用时，复杂性就会增加。　　选择电感时，了解电感数据手册中标明的电气特性非常重要。本文将提供指导，帮助您为解决方案选择合适电感，同时阐明如何在设计新型 DC/DC 变换器时预测电感性能。　　01电感是什么?　　电感是一种电路元件，它可以在自身磁场中储存能量。电感通过储存将电能转换为磁能，然后向电路提供能量以调节电流。当电流增加，磁场就会增强。图 1 展示了电感模型。　　图1: 电感的电气模型　　电感是采用绝缘线绕成线圈形成的。线圈可以是不同的形状和尺寸，也可以使用不同的芯材缠绕。电感的大小则取决于匝数、磁芯尺寸和磁导率等多种因素。图 2 显示了关键的电感参数。　　图2: 电感参数　　表 1 显示了如何计算电感 (L)。　　表1: 计算电感(L)　　下面，我们将详细描述常见的电感参数。　　02磁导率　　磁导率是材料响应磁通量的能力，也表明了在施加的电磁场中有多少磁通量可以通过电感。表2显示了磁导率对磁通密度(B)的增强。　　表 2：计算磁通密度 (B)　　从表 2可以看出，磁通量的浓度取决于磁芯的磁导率和尺寸。图 3 显示了一个没有磁芯的线圈。　　图3: 空心线圈　　空心线圈的磁导率为常数值(µr air)，大约等于 1。图 4 显示了一个带磁芯的电感。当然，有磁芯时，磁场会增强。　　图4: 带磁芯的电感　　不同磁芯材料的典型磁导率不同。表 3 列出了三种不同芯材的磁导率。表 3：磁芯磁导率　　03电感值 (L)　　电感将感应的电能存储为磁能的能力通过电感值来体现。在开关输入电压驱动电感的同时，电感要为输出负载提供恒定的直流电流。　　表 4 显示了电流和电感电压之间的关系。可以看出，电感两端的电压与电流随时间的变化成正比。　　表 4：计算电感压降　　首先，确定设计需要的电感范围。要注意，电感值在整个工作条件下并不是恒定的， 它会随着频率的增加而变化。因此，对具有更高开关频率的应用，需要特殊考量。电感制造商通常在 100kHz 至 500kHz 的频率下测试电感，因为大多数 DC/DC 变换器都在此范围内工作。04　　04电阻(R)　　电感的电流电阻会导致散热，从而影响效率。总铜损中包含了 RDC 损耗和RAC 损耗。RDC与频率无关，始终恒定;RAC 则取决于频率。表 5 显示计算RDC 的方法。　　表 5：计算铜线 RDC　　降低铜损的唯一方法是增大导线面积，即改用较粗的导线，或使用扁线。采用扁线可以使绕组窗口被完全利用，从而带来较低的 RDC。表 6 所示为圆线与扁线的横截面积比较。　　表 6：圆形与扁线的横截面积比较　　表 7对圆线和扁线的特性进行了比较。　　表 7：圆线与扁线的特性比较　　使用公式 (1) 可以估算电感的直流铜损 (RDC)：　　(PAC)铜损则取决于 PAC，它是由频率驱动的邻近效应和趋肤效应引起的。频率越高，PAC 铜损越高。　　05磁芯损耗　　通常情况下，铁磁材料已可以满足磁芯电感所需的磁特性。根据磁芯材料的不同，电感的相对磁导率在 50 至 20000 之间。　　当施加磁场时，这种材料的磁畴结构会产生反应;而没有磁场时，磁矩方向是随机的。当磁能量变化时，会产生磁芯损耗。磁畴沿磁场方向定向磁矩。随着磁畴的扩大和缩小，部分磁畴会卡在晶体结构中。一旦卡住的磁畴能够旋转，能量就会以热量的形式消散。　　06纹波电流 (∆IL)　　纹波电流 (∆IL) 指一个开关周期内电流的变化量。　　电感在其峰值电流范围之外可能无法正常工作。电感的纹波电流通常设计为在 IRMS的 30% 至 40% 范围之内。　　图 5 所示为电感电流的波形。　　图5: 电感电流波形07　　07额定电流 (IDC, IRMS)　　额定电流是指使电感温度升高规定的量所需的直流电流。温升 (ΔT) 不是一个标准值，但通常在 20K 至 40K 之间。　　额定电流在环境温度下测量得到。其值通常在电感数据手册中提供，是最终应用的预期电流值。对于环境温度较高的应用，设计人员应选择自热温度较高的电感。　　图 6 体现了温升与额定电流之间的关系。该曲线可用于确定任意温升对应的电流值。　　图6: 电感的额定电流曲线　　在一个应用中，工作温度 (TOP) 由环境温度 (TAMB) 和电感的自热值 (ΔT)决定。TOP可以通过公式 (2) 来估算：　　给定额定电流是估计电感温升的最佳方法。温升还受电路设计、PCB 布局、与其他组件的接近程度以及走线尺寸和厚度的影响。电感芯体和绕组中产生的过量交流损耗也可能导致额外的热量。如果需要较低自发热，则需选用封装尺寸较大的电感。　　08饱和电流 (ISAT)　　饱和电流额定值是指，在标称电感下降规定的百分比之前，电感可以支持的直流电流。　　每个电感的参考百分比电感下降值都是唯一的。通常，制造商将该值设置在 20% 到 35% 之间，这会使电感的比较变得很困难。但数据手册通常会提供一条曲线，显示电感如何随直流电流变化。利用这条曲线可以衡量整个电感范围，以及它如何响应直流电流。　　直流饱和电流取决于温度和电感磁性材料及其磁芯结构。不同的结构和磁芯都会影响ISAT值。　　铁氧体磁芯是最常见的，其特点是具有硬饱和曲线(见图 7)。确保电感不会在感量下降点之外工作至关重要;因为超过该点，感量会急剧下降，功能性也会降低。　　合成塑封电感在温度变化时感量下降稳定，具有软饱和特性。由于其感量逐渐下降，因此可以为设计人员提供了更大的灵活性和更宽的工作范围。　　图 7 显示了两条饱和曲线。蓝色曲线为典型的合成塑封电感软饱和示例;红色曲线为典型的 NiZn/MnZn 鼓芯电感硬饱和示例。　　图7: 电感饱和电流曲线　　小感量(或大封装尺寸)的电感可以处理更高的饱和电流。　　09自谐振频率和阻抗　　电感的自谐振频率 (fR) 是电感与其自电容谐振的最低频率。在谐振频率之下，阻抗处于最大峰值，有效电感为零。图 8 显示了电感的电路模型。　　图8: 电感电路模型　　电感在谐振频率 (fR)之前具有电感特性(如图 9 中的蓝色曲线所示)，因为频率增加，阻抗增高。在谐振频率下，负容抗 (XC) 等于正感抗 (XL), ，其值可通过公式 (3) 估算：　　超过谐振频率之后(如图 9 中的红色曲线所示)，电感则显现出阻抗减小的电容特性。超过这一点之后，电感也不会按预期工作。图 9 显示了感量与频率之间的关系。　　图9: 感量和频率之间的关系　　10选择具有高性价比的紧凑型电感　　了解了电感数据手册中每个参数的基本含义，就可以很容易地选择到够用的电感。但如果了解了每个参数中隐藏的细节，就可以为 DC/DC变换器应用选择最理想的电感，同时预测在不同条件下的系统性能。　　11总结　　市场上针对不同应用的电感种类花样繁多，选择一款最适合的电感不是一件容易的事。例如，感值大的电感可降低 DC 损耗并提高效率，但它们的物理尺寸更大，并且温度更高。没有一款电感是万能的，了解每个电感的参数以及不同参数之间的关系非常重要，它可以帮助设计人员确定一款电感是否适合特定的 DC/DC 应用。
2026-01-09 14:03 阅读量：465
什么是电感及电感的分类
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什么是电感及电感的分类

　　电感及其分类电感(Inductance)是电路元件的一种特性，它反映了一个导体或线圈对电流变化的阻碍能力。电感的存在是因为电流变化时会在导体周围产生磁场，当电流变化时，这个磁场也会发生变化，从而产生一个反向的电动势(EMF)，阻碍电流的变化。　　一、电感的基本概念　　定义： 电感是衡量电路元件(通常是线圈)反抗电流变化的能力，单位是亨利(H)。它表征了当电流变化时，元件产生的感应电压与电流变化率的比例关系。　　公式： 电感L的定义可以通过法拉第电磁感应定律表示：　　VL=?LdtdI　　其中：　　VL 是电感上的感应电压　　L 是电感　　dtdI 是电流的变化率　　电感的单位是亨利(H)，1亨利表示当电流变化率为1安培每秒时，电感元件产生1伏特的感应电压。　　工作原理： 当电流通过导体时，会产生磁场。如果电流发生变化，磁场也会变化。根据法拉第电磁感应定律，磁场变化时会在导体中感应出电压，这个感应电压会抵抗电流变化，从而实现电流的“惯性”作用。　　二、电感的分类电感按不同的标准可以分为不同的类型，常见的分类方式包括：　　按结构分类：　　空气电感： 空气电感是线圈的部分没有磁性材料，磁场是完全由空气提供的。空气电感的电感值相对较小，但具有较高的稳定性和较少的损耗，适用于高频电路。　　铁芯电感： 铁芯电感的线圈内部使用了铁或其他磁性材料来增强磁场的强度，通常电感值较高，适合低频电路应用，如电源滤波器和变压器等。　　铁粉电感： 铁粉电感使用铁粉作为磁芯材料，这种电感具有较好的抗饱和性和较小的温度系数。它常用于中等频率的电路中，尤其是在电源和高频电路中。　　铝电感： 铝电感通常用于需要较轻的电感元件的场合。铝材料相对于铁芯更轻，但电感值也会相应较低。　　按用途分类：　　常规电感：这类电感常见于电源电路、滤波器、振荡器等应用中，通常用于低频电路。　　高频电感：用于射频(RF)电路、高频滤波、无线通信等高频应用。它们通常具有低的电阻和低的损耗。　　电感线圈：这种电感是由线圈绕制而成，适用于大电流应用，比如电动机、变压器和电磁继电器等。　　可调电感：可以通过调整铁芯位置或线圈的匝数来调节电感值，常见于一些调谐电路中。　　按电感值分类：　　低电感：通常电感值较小，用于高频信号的滤波、噪声抑制等。　　高电感：电感值较大，通常用于较低频率电路中，如电源滤波、变压器等。　　按封装形式分类：　　表面贴装电感(SMD电感)：这种电感体积小，适用于现代小型电子设备的电路板上。　　插座式电感：这种电感较大，通常需要插入电路板的孔中，适用于功率较大的电路。　　三、电感的应用　　滤波器：电感常用于滤波电路中，特别是在电源电路中，利用电感阻止高频噪声信号通过，只允许低频信号通过。　　电源管理：在开关电源、变换器和电源适配器中，电感用于能量存储和转换。　　信号处理：在无线通信中，电感用于滤除不需要的高频噪声，保持信号的质量。　　振荡器和调谐电路：电感与电容器一起用于形成LC振荡器和调谐电路。　　电动机和变压器：在电动机和变压器中，电感被用来转换电能。　　四、电感的选择在选择电感时，需要考虑几个关键因素：　　电感值：电感值需要根据电路的要求来选择，通常电感越大，电流变化的阻力越强。　　电流容量：选择电感时需要考虑其能够承受的电流，避免电感因过载而损坏。　　频率响应：高频电路要求电感具有较小的电阻和较低的损耗。　　尺寸和封装：电感的尺寸和封装形式需要与实际应用中的空间和安装方式相匹配。
2025-07-31 14:29 阅读量：821
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