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電感在直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計中的作用與使用方法!

電感的定義:


電感是導線(xiàn)內通過(guò)交流電流時(shí),在導線(xiàn)的內部及其周?chē)a(chǎn)生交變磁通,導線(xiàn)的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。


當電感中通過(guò)直流電流時(shí),其周?chē)怀尸F固定的磁力線(xiàn),不隨時(shí)間而變化;可是當在線(xiàn)圈中通過(guò)交流電流時(shí),其周?chē)鷮⒊尸F出隨時(shí)間而變化的磁力線(xiàn)。根據法拉弟電磁感應定律---磁生電來(lái)分析,變化的磁力線(xiàn)在線(xiàn)圈兩端會(huì )產(chǎn)生感應電勢,此感應電勢相當于一個(gè)“新電源”。


當形成閉合回路時(shí),此感應電勢就要產(chǎn)生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產(chǎn)生的磁力線(xiàn)總量要力圖阻止原來(lái)磁力線(xiàn)的變化的。由于原來(lái)磁力線(xiàn)變化來(lái)源于外 加交變電源的變化,故從客觀(guān)效果看,電感線(xiàn)圈有阻止交流直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計中電流變化的特性。電感線(xiàn)圈有與力學(xué)中的慣性相類(lèi)似的特性,在電學(xué)上取名為“自感應”,通常在 拉開(kāi)閘刀開(kāi)關(guān)或接通閘刀開(kāi)關(guān)的瞬間,會(huì )發(fā)生火花,這就是自感現象產(chǎn)生很高的感應電勢所造成的。


總之,當電感線(xiàn)圈接到交流電源上時(shí),線(xiàn)圈內部的磁力線(xiàn)將隨電流的交變而時(shí)刻在變化著(zhù),致使線(xiàn)圈不斷產(chǎn)生電磁感應。這種因線(xiàn)圈本身電流的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢,稱(chēng)為“自感電動(dòng)勢”。


由此可見(jiàn),電感量只是一個(gè)與線(xiàn)圈的圈數、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)參量,它是電感線(xiàn)圈慣性的量度而與外加電流無(wú)關(guān)。


電感線(xiàn)圈與變壓器


電感線(xiàn)圈:導線(xiàn)中有電流時(shí),其周?chē)唇⒋艌?chǎng)。通常我們把導線(xiàn)繞成線(xiàn)圈,以增強線(xiàn)圈內部的磁場(chǎng)。電感線(xiàn)圈就是據此把導線(xiàn)(漆包線(xiàn)、紗包或裸導線(xiàn))一圈靠一圈(導線(xiàn)間彼此互相絕緣)地繞在絕緣管(絕緣體、鐵芯或磁芯)上制成的。一般情況,電感線(xiàn)圈只有一個(gè)繞組。

變壓器:電感線(xiàn)圈中流過(guò)變化的電流時(shí),不但在自身兩端產(chǎn)生感應電壓,而且能使附近的線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電壓,這一現象叫互感。兩個(gè)彼此不連接但又靠近,相互間存在電磁感應的線(xiàn)圈一般叫變壓器。


電感的符號與單位


電感符號:L;


電感單位:亨(H)、毫亨(mH)、微亨(uH),1H=10*10*10mH=10*10*10*10*10*10uH。


電感的分類(lèi):


按電感形式分類(lèi):固定電感、可變電感;


按導磁體性質(zhì)分類(lèi):空芯線(xiàn)圈、鐵氧體線(xiàn)圈、鐵芯線(xiàn)圈、銅芯線(xiàn)圈;


按工作性質(zhì)分類(lèi):天線(xiàn)線(xiàn)圈、振蕩線(xiàn)圈、扼流線(xiàn)圈、陷波線(xiàn)圈、偏轉線(xiàn)圈;


按繞線(xiàn)結構分類(lèi):?jiǎn)螌泳€(xiàn)圈、多層線(xiàn)圈、蜂房式線(xiàn)圈;


按工作頻率分類(lèi):高頻線(xiàn)圈、低頻線(xiàn)圈;


按結構特點(diǎn)分類(lèi):磁芯線(xiàn)圈、可變電感線(xiàn)圈、色碼電感線(xiàn)圈、無(wú)磁芯線(xiàn)圈等。


二、電感的主要特性參數


電感量L


電感量L表示線(xiàn)圈本身固有特性,與電流大小無(wú)關(guān)。除專(zhuān)門(mén)的電感線(xiàn)圈(色碼電感)外,電感量一般不專(zhuān)門(mén)標注在線(xiàn)圈上,而以特定的名稱(chēng)標注。


感抗XL


電感線(xiàn)圈對交流電流阻礙作用的大小稱(chēng)感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關(guān)系為XL=2πfL。


品質(zhì)因素Q


品質(zhì)因素Q是表示線(xiàn)圈質(zhì)量的一個(gè)物理量,Q為感抗XL與其等效的電阻的比值,即:Q=XL/R。線(xiàn)圈的Q值愈高,回路的損耗愈小。線(xiàn)圈的Q值與導線(xiàn)的直 流電阻,骨架的介質(zhì)損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應的影響等因素有關(guān)。線(xiàn)圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線(xiàn)圈,多股粗線(xiàn)圈均可提高線(xiàn)圈的 Q值。


分布電容


線(xiàn)圈的匝與匝間、線(xiàn)圈與屏蔽罩間、線(xiàn)圈與底版間存在的電容被稱(chēng)為分布電容。分布電容的存在使線(xiàn)圈的Q值減小,穩定性變差,因而線(xiàn)圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。


允許誤差


電感量實(shí)際值與標稱(chēng)之差除以標稱(chēng)值所得的百分數。


標稱(chēng)電流


指線(xiàn)圈允許通過(guò)的電流大小,通常用字母A、B、C、D、E分別表示,標稱(chēng)電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。


三、常用電感線(xiàn)圈


單層線(xiàn)圈


單層線(xiàn)圈是用絕緣導線(xiàn)一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機中波天線(xiàn)線(xiàn)圈。


蜂房式線(xiàn)圈


如果所繞制的線(xiàn)圈,其平面不與旋轉面平行,而是相交成一定的角度,這種線(xiàn)圈稱(chēng)為蜂房式線(xiàn)圈。而其旋轉一周,導線(xiàn)來(lái)回彎折的次數,常稱(chēng)為折點(diǎn)數。蜂房式繞法的優(yōu)點(diǎn)是體積小,分布電容小,而且電感量大。蜂房式線(xiàn)圈都是利用蜂房繞線(xiàn)機來(lái)繞制,折點(diǎn)越多,分布電容越小。


鐵氧體磁芯和鐵粉芯線(xiàn)圈


線(xiàn)圈的電感量大小與有無(wú)磁芯有關(guān)。在空芯線(xiàn)圈中插入鐵氧體磁芯,可增加電感量和提高線(xiàn)圈的品質(zhì)因素。


銅芯線(xiàn)圈


銅芯線(xiàn)圈在超短波范圍應用較多,利用旋動(dòng)銅芯在線(xiàn)圈中的位置來(lái)改變電感量,這種調整比較方便、耐用。


色碼電感線(xiàn)圈


是一種高頻電感線(xiàn)圈,它是在磁芯上繞上一些漆包線(xiàn)后再用環(huán)氧樹(shù)脂或塑料封裝而成。它的工作頻率為10KHz至200MHz,電感量一般在0.1uH到3300uH之間。色碼電感器是具有固定電感量的電感器,其電感量標志方法同電阻一樣以色環(huán)來(lái)標記。其單位為uH。


阻流圈(扼流圈)


限制交流電通過(guò)的線(xiàn)圈稱(chēng)阻流圈,分高頻阻流圈和低頻阻流圈。


偏轉線(xiàn)圈


偏轉線(xiàn)圈是電視機掃描直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計輸出級的負載,偏轉線(xiàn)圈要求:偏轉靈敏度高、磁場(chǎng)均勻、Q值高、體積小、價(jià)格低。


四、電感在直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計中的作用


基本作用:濾波、振蕩、延遲、陷波等;


形象說(shuō)法:“通直流,阻交流”;


細化解說(shuō):在電子線(xiàn)路中,電感線(xiàn)圈對交流有限流作用,它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計及諧振直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計等;變壓器可以進(jìn)行交流耦合、變壓、變流和阻抗變換等。


由感抗XL=2πfL知,電感L越大,頻率f越高,感抗就越大。該電感器兩端電壓的大小與電感L成正比,還與電流變化速度△i/△t成正比。


電感線(xiàn)圈也是一個(gè)儲能元件,它以磁的形式儲存電能,儲存的電能大小可用下式表示:WL=1/2Li2??梢?jiàn),線(xiàn)圈電感量越大,流過(guò)越大,儲存的電能也就越多。


電感的符號


電感量的標稱(chēng):直標式、色環(huán)標式、無(wú)標式;


電感方向性:無(wú)方向;


檢查電感好壞方法:用電感測量?jì)x測量其電感量;用萬(wàn)用表測量其通斷,理想的電感電阻很小,近乎為零。


五、電感的型號、規格及命名


國內外有眾多的電感生產(chǎn)廠(chǎng)家,其中名牌廠(chǎng)家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。


片狀電感


電感量:10NH~1MH;


材料:鐵氧體繞線(xiàn)型陶瓷疊層;


精度:J=±5%K=±10%M=±20%;


尺寸:04020603080510081206121018121008=2.5mm*2.0mm1210=3.2mm*2.5mm。


功率電感


電感量:1NH~20MH;


帶屏蔽、不帶屏蔽;


尺寸:SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105;RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124;CD43/54/73/75/104/105。


片狀磁珠


種類(lèi):CBG(普通型)阻抗:5Ω~3KΩ;


CBH(大電流)阻抗:30Ω~120Ω;


CBY(尖峰型)阻抗:5Ω~2KΩ;


規格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(貼片磁珠);


規格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(貼片大電流磁珠)。


插件磁珠


規格:RH3.5。


色環(huán)電感


電感量:0.1uH~22MH;


尺寸:0204、0307、0410、0512;


豆形電感:0.1uH~22MH;


尺寸:0405、0606、0607、0909、0910;


精度:J=±5%K=±10%M=±20%;


精度:J=±5%K=±10%M=±20%;


插件的色環(huán)電感;


讀法:同色環(huán)電阻的標示。


立式電感


電感量:0.1uH~3MH;


規格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912。


軸向濾波電感


規格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019;


電感量:0.1uH-10mH;


額定電流:65mA~10A;


Q值高,價(jià)位一般較低,自諧振頻率高。


磁環(huán)電感


規格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026;


尺寸(單位mm):3.25~15.88。


空氣芯電感


空氣芯電感為了取得較大的電感值,往往要用較多的漆包線(xiàn)繞成,而為了減少電感本身的線(xiàn)路電阻對直流電流的影響,要采用線(xiàn)徑較粗的漆包線(xiàn)。但在一些體積較 少的產(chǎn)品中,采用很重很大的空氣芯電感不太現實(shí),不但增加成本,而且限制了產(chǎn)品的體積。為了提高電感值而保持較輕的重量,我們可以在空氣芯電感中插入磁 心、鐵心,提高電感的自感能力,借此提高電感值。目前,在計算機中,絕大部分是磁心電感。



六、電感在直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計中的應用


電感在直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計最常見(jiàn)的功能就是與電容一起,組成LC濾波直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計。我們已經(jīng)知道,電容具有“阻直流,通交流”的本領(lǐng),而電感則有“通直流,阻交流”的功能。如 果把伴有許多干擾信號的直流電通過(guò)LC濾波直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計,那么,交流干擾信號將被電容變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過(guò)電感時(shí),其中的交流干擾信號也被 變成磁感和熱能,頻率較高的最容易被電感阻抗,這就可以抑制較高頻率的干擾信號。


LC濾波直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計


在線(xiàn)路板電源部分的電感一般是由線(xiàn)徑非常粗的漆包線(xiàn)環(huán)繞在涂有各種顏色的圓形磁芯上。而且附近一般有幾個(gè)高大的濾波鋁電解電容,這二者組成的就是上述的 LC濾波直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計。另外,線(xiàn)路板還大量采用“蛇行線(xiàn)+貼片鉭電容”來(lái)組成LC直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計,因為蛇行線(xiàn)在直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計板上來(lái)回折行,也可以看作一個(gè)小電感。


七、常見(jiàn)的磁芯磁環(huán)


鐵粉芯系列


材質(zhì)有:-2材(紅/透明)、-8材(黃/紅)、-18材(綠/紅)、-26材(黃/白)、-28材(灰/綠)、-33材(灰/黃)、-38材(灰 /黑)、-40材(綠/黃)、-45材(黑色)、-52材(綠/藍);尺寸:外徑大小從30到400D(注解:外徑從7.8mm到102mm)。


鐵硅鋁系列


主要u值有:60、75、90、125;尺寸:外徑大小從3.5mm到77.8mm。


兩種產(chǎn)品的規格除了主要的環(huán)形外,另有E形,棒形等,還可以根據客戶(hù)提供的各項參數定做。它們廣泛應用于計算機主機板,計算機電源,電源供應器,手機充電器,燈飾變壓調光器,不間斷電源(UPS),各種家用電器控制板等。


八、電感與磁珠的聯(lián)系與區別


電感和磁珠有什么聯(lián)系與區別


1、電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件;


2、電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號回路,用于EMC對策;


3、磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側重于抑制傳導性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問(wèn)題。EMI的兩個(gè)途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑采用不同的抑制方法。前者用磁珠,后者用電感;


4、磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號,象一些RF直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計,PLL,振蕩直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計,含超高頻存儲器直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計,中低頻的濾波直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計等,其應用頻率范圍很少超過(guò)50MHZ;


5、電感一般用于直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計的匹配和信號質(zhì)量的控制上。一般地的連接和電源的連接。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。對信號線(xiàn)也采用磁珠。


磁珠的大?。ù_切的說(shuō)應該是磁珠的特性曲線(xiàn))取決于需要磁珠吸收的干擾波的頻率。磁珠就是阻高頻,對直流電阻低,對高頻電阻高。比如 1000R@100Mhz就是說(shuō)對100M頻率的信號有1000歐姆的電阻。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標稱(chēng)的,阻抗的單位也是歐姆。 磁珠的datasheet上一般會(huì )附有頻率和阻抗的特性曲線(xiàn)圖。一般以100MHz為標準,比如2012B601,就是指在100MHz的時(shí)候磁珠的 Impedance為600歐姆。


九、部分電感的計算公式


環(huán)形電感


針對環(huán)形CORE,有以下公式可利用:(IRON)


L=N2*ALL=電感量(H)AL=感應系數;


H-DC=0.4πNI/lN==繞線(xiàn)匝數(圈);


H-DC=直流磁化力I=通過(guò)電流(A)l=磁路長(cháng)度(cm);


l及AL值大小,可參照Micrometa對照表。例如:以T50-52材,繞線(xiàn)5圈半,其L值為T(mén)50-52(表示OD為0.5英寸),經(jīng)查表其AL值約為33nH;


L=33*(5.5)2=998.25nH≈1μH;


當通過(guò)10A電流時(shí),其L值變化可由l=3.74(查表);


H-DC=0.4πNI/l=0.4×3.14×5.5×10/3.74=18.47(查表后);


即可了解L值下降程度(μi%)。


電感計算


介紹一個(gè)經(jīng)驗公式:


L=(k*μ0*μs*N2*S)/l;


其中,


μ0為真空磁導率=4π*10(-7)。(10的負七次方);


μs為線(xiàn)圈內部磁芯的相對磁導率,空心線(xiàn)圈時(shí)μs=1;


N2為線(xiàn)圈圈數的平方;


S線(xiàn)圈的截面積,單位為平方米;


l線(xiàn)圈的長(cháng)度,單位為米;


k系數,取決于線(xiàn)圈的半徑(R)與長(cháng)度(l)的比值;


計算出的電感量的單位為亨利;


以上均為理論值,實(shí)際的電量以實(shí)測為準。


十、電感的測量



電感測量的兩類(lèi)儀器:RLC測量(電阻、電感、電容三種都可以測量)和電感測量?jì)x;


電感的測量:空載測量(理論值)和在實(shí)際直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計中的測量(實(shí)際值);


由于電感使用的實(shí)際直流電源廠(chǎng)家工程師電路設計過(guò)多,難以類(lèi)舉。所以我們就在空載情況下的測量加以解說(shuō)。


電感量的測量步驟:(RLC測量)


1、熟悉儀器的操作規則(使用說(shuō)明),及注意事項;


2、開(kāi)啟電源,預備15~30分鐘;


3、選中L檔,選中測量電感量;


4、把兩個(gè)夾子互夾并復位清零;


5、把兩個(gè)夾子分別夾住電感的兩端,讀數值并記錄電感量;


6、重復步驟4和步驟5,記錄測量值。要有5~8個(gè)數據;


7、比較幾個(gè)測量值:若相差不大(0.2uH)則取其平均值,記得電感的理論值;若相差過(guò)大()0.3uH)則重復步驟2~步驟6,直到取到電感的理論值;


不同的儀器能測量的電感參數都有一些出入。因此,做任何測量前的熟悉你的測量?jì)x器。你的儀器能做什么。然后按照它給你的操作說(shuō)明去做即可。


十一、電感在使用過(guò)程中要注意的事項


電感使用的場(chǎng)合


潮濕與干燥、環(huán)境溫度的高低、高頻或低頻環(huán)境、要讓電感表現的是感性,還是阻抗特性等,都要注意。


電感的頻率特性


在低頻時(shí),電感一般呈現電感特性,既只起蓄能,濾高頻的特性。


但在高頻時(shí),它的阻抗特性表現的很明顯。有耗能發(fā)熱,感性效應降低等現象。不同的電感的高頻特性都不一樣。


下面就鐵氧體材料的電感加以解說(shuō):


鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導磁率,他可以是電感的線(xiàn)圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情況 下應用,因為在低頻時(shí)他們主要程電感特性,使得線(xiàn)上的損耗很小。在高頻情況下,他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實(shí)際應用中,鐵氧體材料是作為射頻電 路的高頻衰減器使用的。實(shí)際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián),低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至于電流全部通過(guò)電阻。鐵氧 體是一個(gè)消耗裝置,高頻能量在上面轉化為熱能,這是由他的電阻特性決定的。


圖片加載中...

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