一篇了解电感的使用

一、电感理论基础

1.电感的定义

当电流通过线圈后，会产生磁场，磁感线穿过线圈，产生的磁通量与电流 i有如下关系：

将漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制而成的器件，当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来阻碍线圈中电流的变化，这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，相应的器件成为电感器。

2.电感的决定式

3.电感的单位

4.电感的本质

根据法拉第电磁感应定律，当通过线圈的磁通发生变化，在线圈两端就要产生感应电动势，并且感应电动势的大小正比于磁通的变化率，即有下面公式：

公式中负号表示感应电动势是要阻止电流变化，如下图所示：

注意：

（1）不能让电感电流突变

电流突变会造成 di / dt 的值无限大，也就是说在电感两端产生无限大的电压，这通常会对电路造成破坏，需要尽量避免。

（2）电感在直流电路中相当于短路

直流电路中，di / dt 为 0，产生的感应电动势为 0，也就是说电感在直流电路中相当于短路。

（3）电感两端加恒定电压时、电流线性增大或者减小

在电感两端加上恒定电压 U 时，感应电动势与所加电压相等，方向相反，等于 -U（负号表示感应电动势要阻止电流变化）。根据上述公式，di / dt = U / L = 常数，这说明电感的电流是线性的增加的。

5.电感的储能

电感是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。

公式：单位焦耳J

电感的储能是要有电流流过的，如果电流为 0，那么储能为 0

6.电感等效模型

电感实际生产出来并不是理想电感，线圈匝数之间也会存在寄生电电容，线圈也不是超导体，会存在直流电阻，所以，电感等效模型如下图：

电感模型由电感和电阻串联，然后和电容并联构成，可以列出去复阻抗表达式：

根据这个公式，我们通常得到的阻抗的曲线如下图：

详细阻抗计算公式推导可看右方链接：阻抗计算公式

二、电感的电流和直流电阻

1.饱和电流 Isat

饱和电流 Isat 一般是标注在电感值衰减 30%（一些厂家是 10%，40%）的偏置电流。

2.温升电流 Irms

理想的电感是储能元件，不耗能。而实际中的电感是有损耗的，所以会发热。而温升电流，一般指电感自我温升温度不超过 40 度时的电流。

3.额定电流 Irat

电感最终的额定电流，是饱和电流和温升电流中的小者。

我们在电路设计中，关于额定电流一般至少会留 20%的裕量。即电感通过的最大电流要小于手册中的额定电流的 80%。

4.DCR直流电阻

电感一般是由导线绕制而成的，而导线是有直流电阻的，这个电阻就叫作 DCR。

电感的 DCR 一般与电感的电感量和额定电流有关系。电感感量越大，导线的匝数越多，线长越长，因此 DCR 越大。同等电感量，额定电流越大，导线会越粗，DCR 越小。

三、电感的高频等效模型

四、电感选型

1.电感的种类

电感依铁芯形状不同有环型、E 型及工字型；

依铁芯材质而言，主要有陶瓷芯及两大软磁类， 分别是铁氧体及粉末铁芯等。

依结构或封装方式不同有绕线式、多层式及冲压式，而绕线式又有非遮蔽式、加磁胶之半遮蔽式及遮蔽式等。

电感制作工艺：

①绕线电感：铜线绕制

②叠层电感：丝网印刷

③薄膜电感：薄膜工艺

④一体成型：压制成型

2.电感内部结构

五、功率电感与贴片电感

简单赖说，功率电感管电源，贴片电感管信号。

贴片电感，又称为片式电感器。是电感器中的一种结构方式;在电路中首要起扼流;退偶;滤波;调谐;推迟;补偿等作用。而功率电感首要是由磁芯和铜线组成;分为带磁罩和不带磁罩的两种封装办法;或叫屏蔽式功率电感和敞开式功率电感;功率电感在电路中首要起到滤波和振荡的作用。贴片电感与功率电感的首要性能指标有：电感量与答应误差、温度系数、直流电阻、Q值因数、额定电流等。

贴片电感是比较小的，具有小型化、高品质的特性，是现在贴片电感开发的要点，由于贴片电感的体积小，所运用的电流不是很高，那么大的电感量运用的电流会高，而且那么小的体积也做不到豪哼的感量的，优点便是在电路中很简单的运用不会占有很大的方位，便于装置和便利客户进行运用。功率电感的优点便是简单焊接在电路板上，这种能够运用电流就很高，可是电感量就做不了那么高，由于绕线会比较丰满。功率电感在低频的时分，多会呈现出电感的特性，在电路中具有阻挠交流电通过而让直流电顺畅通过的特性。

六、共模差模电感

1.共模信号和差模信号

通常电源线有三根线：火线L、零线N和地线PE。

电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态。

一种是两根导线，分别作为往返线路传输，我们称之为差模。

另一种是两根导线做去路，地线做返回传输, 我们称之为共模。

如下图，蓝色信号是在两根导线内部作往返传输，我们称之为差模。

黄色信号是在信号与地线之间传输，我们称之为共模。

2.共模干扰与差模干扰

任何两根电源线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示。

共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望存在的电位差。

差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰，它定义为任何两个载流导体之间的不希望存在的电位差。

在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

3.如何抑制共模和差模干扰

共模干扰作为 EMC——Electromagnetic Compatibility（电磁兼容性）干扰中最为常见且危害较大的干扰，我们抑制它最直接的方法就是滤波。

如果电源回路同时还存在差模干扰，使用差模电容来抑制干扰。

USB信号上的共模干扰抑制方法，一般会在端口加一个共模电感。

七、磁珠的工作原理

电感与磁珠比较：

常见：

八、磁珠的阻抗-频率特性

阻抗详细介绍可看 电容基础3——阻抗和容抗 - 知乎 (zhihu.com)

磁珠的阻抗-频率特性如下图：

九、电感仿真

电感最主要功能是它会抑制本身通过电流的变化

示例：给定一个方波信号，一旦低电平时MOS管截止，电感就会去维持电流，但是开路电阻无穷大，这时会产生非常高的电压，这个高压可能会损坏电路中的其他元器件。

如下图：当为低电平时，瞬间电压上升接近100V

那么我们可以接一个二极管跟这个电感并联实现放流回路

如下图：当为低电平时，瞬间电压上升接近13V左右