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电感相关知识

1.0000何谓电感、单位、符号?在一导线中,流通电流,其周围产生磁场,利用其磁场,将能量储存于内部,该元器即为“电感”。

主动组件IC. 闸流体、电晶体.......等电阻(奥姆) Ω组件被动组件电容(法拉) F电感(亨利) H机电组件继电器、开辟......等以下为一般常用的单位换算K M G T (大写) m u n p (小写) (Killo) (Maga) (Giga) (mini) (micro) (naro)103 10610 9 101210-310-610-9 10-121M=10 3K 1 u =10 -3 m1G=106 K 1m=106 n1K=10-9 T 1 n=10-3 u被动组件以m、u、n、p较常使用电阻: m 电容: u、n、p 电感: u、n、m一般电感在3个数字表示其值后,其单位为uH常见到英文字母R及N夹杂于3个数字中,其代表意思为R(小数点) “‧”N 单位为“n”R68 .68 0.68(uH)1R5 1.5(uH)12N 12nH 68N 68nH1μH=1000nH 1nH=10-3uH=0.001 uH68N=68uH=0.068uH电感、电容、电阻值表示,常以英文字母衔接于3个数字后,表示误差范围。

D=±2% J=±5%K=±10% M=±20%121J=±20uH5%2.材质(CORE)介绍硬磁(磁铁: 已有极性N、S排列)磁性镍钢材金属合金硅钢●料纯铁(IRON) ●铝铁软磁非晶质材锰锌(Mn-Zn) ●镍钢(Ni-Zn) ●铁氧磁体(Ferrite) 镁锌铜锌硅钢、IRON锰锌及镍锌为较普遍使用之磁性材料,以下各别说明:硅钢: 一般制成EE或EI片,其堆栈成型,大大减少涡流损失,且高磁通藕合效果情况下,目前均使用于交流(AC)变压器上。

(AC 110V~220V 降为±24V、±12V或±9V AC)IRON: 为压粉铁蕊,顾名思义为铁粉,经模铸高压力成型后(约10几吨重力),再以低温(<2000C)烧结定型,(以环形居多Toroil)由于本身导电,故最终仍需涂装(Coating)绝缘,目前台湾有多家厂商生产(居磁、大冶),但其电气特性、外观、尺寸及涂装颜色,均仿造全球知名大厂Micrometal。

其材质以数字代码且每种材质涂装颜色亦不同,故可轻易从外观判别。

较常使用的材质为52材、26材及18材。

52材: 本体先涂装绿色后,再单边涂装蓝色26材: 本体先涂装黄色后,再单边涂装白色18材: 本体先涂装绿色后,再单边涂装红色由于IRON俱有高磁通饱合能力,可承受10A以上大电流,故广泛应用于PC、IPC、的PWM(冲宽度调度)电路上,随着PetumeⅢ不断演进速度增加,电压变小,电流增大的情况下30~40A的解决方案,多采分流Two phase or Three phase 方式承受电流能力为: 18材>52材>26材价格为: 18材>52材>26材目前市场压粉铁蕊除IRON外,另有MPP、Ku-ui二种,其承受电流能力及温度特性均较IRON佳。

但由于价格昂贵,除非在不得己情况下使用,否则一般均以IRON设计。

价格: MPP>Ku-ui>IRON外观颜: MPP: 白色、蓝色、灰色Ku-ui: 黑色针对环形CORE,有以下公式可利用: (IRON)L=N2.AL L= 电感值(H)H-DC=0.4πNI / l N= 绕线匝数(圈)AL= 感应系数H-DC=直流磁化力I= 通过电流(A)r= 磁路长度(cm)r及AL值大小,可参照Micrometal对照表。

例如: 以T50-52材,绕线5圈半,其L值为T50-52(表示OD为0.5英吋),经查表其AL值约为33nH L=33.(5.5)2=998.25nH≒1uH当通过10A电流时,其L值变化可由l=3.74(查表)H-DC=0.4πNI / r = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 (查表后)即可了解L值下降程序(ui%)Mn-Zi,Ni-Zi: 锰锌及镍锌CORE为目前电感器广泛使用之铁氧体。

其制程为粉末(赤红)经造粒,筛选后,模铸成型,送至氮气炉经9000C高温烧结定型,(锰锌烧结温度更高,且氮气炉不同),其最终颜色为黑色。

一般形状以环形、工字形(DR型)、磁珠型及圆柱型居多。

锰锌﹕由于会导电,故仍需以Epoxy(环氧树脂)涂装,防止因绕线刮镍锌: 本身不会导电,所以不需要涂装,外观即可判别(黑色)。

目前锰锌涂装颜色,并无一定标准,依照各厂商自行自订,较常见为绿色。

另有一种最新涂装方式—分子滚动涂装,其颜色为透明且厚度薄(涂装),一般使用于小型环状锰锌CORE上。

ui为导磁率,即导引磁力线束之能力或效率,不同材质的CORW其ui皆不同。

(Permbility)相对导磁系数: 即ui与uo(以真空uo≒1)比较值定义。

IRON与Mn-Zn之比较.◆IRON Mn-Zn本身CORE会导电,需Epoxy涂装,而Ni-Zn则不需要。

◆锰锌的导磁率最高(ui=1000~20000),其次为镍锌(ui=20~1800),最低为IRON.( ui=200以下)CORE本身有一特性,即材质导磁率(ui)愈高,则工作频率范围(即频宽)愈小。

◆锰锌工作频率在400KHZ(赫芝)以内,故一般以电源(频率较低)噪声处理或变压来使用,而镍锌则由于ui较低,故可以使用于更高的频率范围,可达MHZ以上◆在工作电流大小而言(即耐流特性),以IRON更高,锰锌次之,而镍锌较低。

◆价格方面(同一尺寸、形状下)锰锌>IRON>镍锌最大工作电流不超过CORE 额定,SIZE 较小,价格便宜则相当重要。

(3). 电气特性一般针对电感而言,其重要的特性有电感值,损失及直流重迭,若高频应用时,需在考虑高贫电容大小(即所谓的杂散电容)、电感值: 当一导线通以电流时,则周围必产生磁力线(电生磁原理),其磁场方向可由安培右手定则决定,其磁力线将感应一微量的值(nH),常以螺状线圈(即Air Coil)为代表。

当导线绕于铁蕊(CORE)上时,由于CORE 俱有导磁能力,故将大大提高电感值(Nh~~uH)。

并依其导磁率(ui)的不同,而有不同的电感值。

◆ 磁力线特性:为开放性磁场,看不见,摸不到。

磁力线由一点出去,必从另一点回来。

磁力线彼此不会相交。

在L=N 2.AL 的公式下,可知电感值与圈数成正比关系L αN “α”正比关系。

导线 I(电流) 图一 图二 导线(电流) 磁力线方向为逆时针 磁力线方向为由上而下另电感值与AL(感应系数)亦成正比关系L AL而感应系数与导磁率为相对关系,即导磁能力愈高,则感应系数也愈高。

所以L AL L ui (正比)● 在同一CORE 上时,绕线圈数增加时,其电感值也会增加。

● 在固定圈数情况下,使用ui 较高的CORE ,亦会提高电感值。

以下为ui VS f 及L VS f 曲线图:另有一种CORE 为Ceramic(陶瓷),其ui 接进为O ,有就是不导磁,其电感值即为空蕊线圈(nH)。

主要功能为提供一绕线基座(Base),一般在SMD 产品上,会考虑此方式。

损失: 电感损失大致可分铁损及铜损,其等效电路如下:● 铜损: 即绕制的铜线损失,以奥姆(Ω)为单位,其大小与长度成正比,与导线截面积成反比。

等效 铜损 铁损一般电感所标示之直流电阻D.C.R 或R.D.C ,即指铜损而言,以Ω max 标示(最大奥姆值),D.C.R 愈低愈好,要降低铜损,可使用电阻系数低(铜线),长度减少及增加导线线径(截面积增加)方式。

积肤效应: 所谓积肤效应即指电流在通过导线截面时,为均匀流通(如图一),当电流带有高频虑时,将只流通于表面(如图二),造成铜损增加,温度提高,解决方式为在导体表面更换或镀上一层导电性佳的银(如图三)。

铁损: 为铁蕊材料的磁滞损失,流损失及残留损失。

(B-H 曲线为其代表)不同的铁蕊材质,其B-H 曲线亦不同,循环面积愈小愈好。

(如图一) 铁蕊的损失和频率有相当大的关系,当导磁率随着频率增加而下将时,损失将随着增加(如图二)。

故一般电感皆需使用于工作频宽范围内。

图一 图二 图三渡银 铜线 回路面积即 磁带损失H B 回路面积 越小越好 适用于此频率范围“Q”为品质因子(Quality Factor),是损失系数tanδ的倒数,tanδ为电感串联等效电路r / uL。

Q=WL / r = 1 / tanδ品质因子愈高愈好,Q 高表示损失(铜损+ 铁损)少,在高频应用时,需特别强调Q值大小,一般min表示。

直流重迭特性: 在使用铁心的电感上流通直流电时,其内部将有稳定的磁场发生。

若电流增大时,将产生B-H特性,即导磁率会降低,这种特性称为直流重迭特性。

额定电流(Rate Current)为电感标示允许通过之最大电流,以A Max标之,其大小可由以下二种方法决定。

●在电感通过一电流,其L值下降幅度(△L)为静态电感值L(oA)的10%时△L / L(oA),当时加入的电流值即可标示。

●在电感通过一电流,其温度上升△T为400C时(以室温250C为标准),即可650C且呈稳定状,当时加入的电流值亦可标定。

以此二种方式所决定的额定电流,其值相当接进,皆为铁心能正常工作,而不致于有饱和情况。

铁心工作在饱和时(即电流超过额定电流甚多时),将造成本体温度开高,电感值大幅下降,严重时可造成线径断路(OPEN),电路板失去电感作用而烧焦。

以同一个CORE所绕制出的电感,其电感值与额定电流大小成反比关系,即感值愈小时,所能流通的额定电流则愈高。

(如图一所示)(H)LI(A)随着绕线圈数增加,电感值提高,而额定电流则对应减少,一般Series规格,可从最低及最高的感值及额定电流,即可了解该铁心材质是否耐流材。

在B-H曲线中,当电流工增加时,即磁场强度H增强,则磁通密度B亦会提高。

此原理说明在同一材质时,磁通密度不饱和情况下,当电感值小时(即以一条磁力穿过一截面积),则有相当大的空间,允许更高的H即电流,仍不至于有饱和,当感值增加时,则截面积所通过的磁力线增多时,则有限空间减少下,所允许通过的磁场强度即变小。

一个CORE的耐流程度,可由材质B-H曲线及绕线的截面积大小(即中径)决定,故要提高额定电流,则可选用耐流性好材质或加大绕线的中径面积即可。

(4). INDUCTOR / CHOKE / COMMON CHOKE / BEAD / TRANSFORMER 之区别INDUCTOR: 电感器的学名,其俗名为Coil(线圈),依其电路上的功用,而有不同的名称,一般应用于储能(V = 1 / 2LI2)、扼流、谐振、滤波电路上。

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