請注意！這幾個電感參數千萬別忽略！
發布時間：2023-11-30 09:26
發布者：eechina
關鍵詞：
電感
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來源：DigiKey 作者：Alan Yang 在電感電路設計過程中，我們往往只留意電感值大小，卻容易忽略電感值還會隨著頻率變化；找到了電感的直流電阻，卻忽略留意其交流電阻的特性。本文嘗試分享一些容易被忽略的電感關鍵參數。 1. 什么是電感 電感是由通常纏繞在固體材料上的線圈組成的，這種固體材料一般都具有鐵磁性或高磁導性。事實上，電磁場是基于內部繞組和電流流動方向并以特定的方式產生的。如果你希望了解電磁場的發生方式，建議閱讀這篇貼文：電磁基礎淺談 電感回沖特性與方向 電感的一個關鍵特性是回沖。電感內部和周圍產生的磁場會存儲能量，并且在快速斷電的情況下，會在連接的電路上以非常高的電壓釋放能量。 
圖 1 電感電流方向與磁場方向 當電感上的電壓降低時，磁場會發生分解并存儲產生高電壓所需的能量（這對于許多電路設計來說是至關重要的，并且可能損壞敏感組件）。電感內部的線圈始終是相同的，不論是否將其翻轉。當倒置時，順時針向上轉動的線圈仍將順時針向上轉動。如果從上向下看，則變為順時針旋轉。同樣，如果將線圈倒置，它將從上向下逆時針轉動。 無論電感繞組的方向和朝向如何，磁場的極化都與回沖無關，因為由連接電路上的電感產生的電壓所導致的電流總是以相反的方向流動。這就是為什么單個電感沒有極性的原因。真正的問題在于，如何根據期望的電路特性正確地施加電流。以下是展示回沖現象的快速動畫演示：
圖 2 電感回沖現象 2. 哪些容易被忽略的電感參數 2.1 電感值與頻率 我們以Würth Elektronik 的744901115舉例 數據手冊中給出電感值15nH，這是在500MHz測試條件下，可達到+/-2%的公差。
圖 3 電感值（圖片來源于Würth Elektronik） 然而，電感值不是一成不變的，會隨著頻率的變化而變化。如果你想知道某一特定頻率下的電感值，可以參看電感與頻率曲線。一般會在數據手冊中列出。
圖 4 電感值與頻率（圖片來源于Würth Elektronik） 一般來說，電感值頻率曲線盡可能平坦是非常重要。 DigiKey電感單位換算在線工具 電感換算器可幫助您換算不同量程單位（從皮亨 (pH) 到千亨 (kH)）之間的電感測量值，以及這些單位之間的轉換。
圖 5 DigiKey電感單位換算在線工具 2.2 電感的阻抗 電感的直流電阻（DCR） 直流電阻（DCR）表示電感受到信號頻率接近0Hz時的電阻值。 一般，常見電感的DCR值都很低。 我們還是以Würth Elektronik 的744901115舉例，直流電阻在20°C，典型值0.91Ω，最大值1.8Ω
圖 6 電感直流電阻，（圖片來源于 Würth Elektronik） 當考慮相同尺寸大小的電感時，電感通常會是 · 如果電感值較高，則直流電阻值較高 · 如果電感值較低，則直流電阻值較低 請注意，直流電阻對于確定電線加熱損耗至關重要。 因此，有必要盡可能選擇較低的DCR，使電感的功率損耗降低。 電感的交流電阻（ACR） 電感的規格中常常會包含直流電阻值，卻沒有交流電阻。在高頻應用中，你有時可能需要考慮交流電阻。
圖 7 頻率與交流電阻 實際的電感包括在鐵芯上產生渦流損耗的電阻分量，以及由于集膚和鄰近效應而增加的導線的電阻分量。這些分量稱為交流電阻。交流電阻值與頻率成正比增加（如下例所示），對高頻下的功率損耗和組件溫度的增加有顯著影響，因此需要考慮實際使用情況。 小貼士：電感阻抗計算 阻抗可以理解為交流電路中的無源元件減少或阻礙電流的程度。這同樣適用于高頻無線電應用或高頻數字電路應用，因為所有這些應用都具有共同之處，即，它們在任何周期性波形中都具有某種形式的電壓變化。（注意：這并非僅局限于正弦波。）一些直流波形可以通過穩定的直流輸入進行操作，其中包括方波、鋸齒波、三角波和其他脈沖模式。 以下是電感上電壓和電流的等式：
DigiKey電抗計算器 這里有一個實用小工具，方便計算指定頻率下電感或電容器的電抗或導納大小。
圖 8 DigiKey電抗計算器 2.3 額定電流 額定電流是指引起定義溫升的最大直流電流。 我們以Würth Elektronik 的7449152090舉例
圖 9 額定電流與溫升（圖片來源：Würth Elektronik） 但須留意，為了安全，溫升加上環境溫度不得超過最高工作溫度。 還是以Würth Elektronik 的7449152090為例子，根據數據手冊，額定電流30A
圖 10 額定電流（圖片來源：Würth Elektronik） 2.4 電感功率 許多電感數據手冊中列明了額定電流，但未列明額定電壓和額定功率。電感的額定電流取決于電路設計中采用的最大電流。要確定電感在燒毀前可以承載的最大功率，可用額定電流乘以電路中使用的電壓。要確定電感中因電阻導致的功率損耗，可將直流電阻（DCR）代入公式P=I2XR中計算，以確定是否存在明顯損耗。 DigiKey歐姆定律計算器
圖 11 DigiKey歐姆定律計算器 2.5 自諧振頻率 ( SRF ) 由于任何線圈的繞組結構都會表現出一定的電容，它自身的電感和分布電容在一定頻率上會產生諧振，這個頻率叫作自諧振頻率 ( SRF )。
圖 12 電感寄生參數 當正好在自諧振頻率處，電感及其寄生電容表現為具有幾乎無限高阻抗的諧振電路。超出自諧振頻率之外，“電感”的行為就像電容。 下圖黑線便是電感值，紅線表示阻抗值
圖表 13 頻率與電感值/阻抗（圖片來源：Würth Elektronik） 圖片來源于Würth Elektronik 的744758256A 所以，當設計一個高頻電路時，僅僅考慮電感值是不夠的。還需要考慮到自諧振頻率要遠遠高于使用頻率。自諧振頻率也可以在數據手冊中查到。以Würth Elektronik 的744758256A舉例，自諧振頻率在3300MHz之上
圖 14 2.5 自諧振頻率 ( SRF ) （圖片來源：Würth Elektronik） 2.6 電感的Q值 質量因子Q是一個重要的特性參數，也是射頻應用中首先要考慮的問題之一�！癚”代表“品質因子”，即電感的感抗XL與損耗的內阻RS之間的比率
但是，一些電感（比如鐵氧體鐵芯電感）在不同頻率上電感值L不恒定，其質量因子不能簡單按上述公式計算。為了正確測量質量因子，在測量中必須考慮與頻率相關的鐵氧體材料的實損和虛損，以及電感復合材料的各種電感和電容效應。 一般數據手冊會列出頻率與Q值的曲線圖 我們以Würth Elektronik 的>744901115舉例
圖 15 Q值（圖片來源：Würth Elektronik）
圖 16 頻率與Q值（圖片來源：Würth Elektronik） Q值的另一個因子是基材。線圈可以具備由鐵氧體或陶瓷材料制成的基板。在數百兆赫茲及以上的頻率范圍內，不能使用鐵氧體基板，而應使用陶瓷材料。下圖顯示了使用不同材料的電感的Q值和頻率響應。
圖 17 不同材料的電感的Q值和頻率響應 最后 了解電感參數非常重要，在電感選型設計時幫助我們事半功倍。更多電感設計與常見問答的相關內容，可以去我們的 技術論壇 查看，或聯系DigiKey客服得到更多支持。 |
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