【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第3课时_常用电子元件3(电感类)

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电感在电路中主要作用是滤波和储能。在电阻电容电感三种基本电子元件中,电感是我们最不熟悉的元件,并且电感是唯一一种可能需要自制的电子元件。
依据实际购买电感常用的种类,我们将分别介绍以下电感及其特性:

•        贴片电感
•        磁珠
•        色环电感
•        共模电感
•        功率电感
•        互感器

1、贴片电感
信号级应用的贴片电感分绕线型电感和叠层型电感。如图1.1左所示,贴片绕线型电感是传统绕线电感器小型化的产物,如图1.1右叠层型电感器是采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作,类似MLCC贴片电容外形(颜色不同)。

  • 绕线型贴片电感:电感精度高,损耗小(即Q值大),高频下能够保持稳定的电感量和相当高的Q值,价格高,用于高频电路。
  • 叠层型贴片电感:具有良好的磁屏蔽性,不会干扰周围的元器件,也不会受到周围元器件的干扰,有利于元器件的高密度安装;Q值小,价格低,适用于低频电路。

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图1.1 线绕型贴片电感和层叠性贴片电感

2、磁珠
如图2.1所示,磁珠是一种特殊的电感,等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化,比普通的电感有更好的高频滤波特性。

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图2.1 贴片磁珠和穿心磁珠

磁珠和电感的区别:
  • 磁珠由氧磁体组成,磁珠把交流信号转化为热能。
  • 电感由磁心和线圈组成,电感把交流信号存储起来,缓慢的释放出去。

如图2.2中FB1和FB2所示,磁珠最常用的场合是隔离数字模拟电源/地。
  • 对低频信号,磁珠相当于导线短路。
  • 对高频信号,磁珠表现出一定的阻抗。
  • 磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,单位是欧姆。例如  60Ω@100MHz  1000Ω@100MHz

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图2.2 磁珠用于隔离数字模拟电源/地

3、色环电感
如图3.1所示,色环电感外形像色环电阻,体型稍胖。色环电感标注方法与色环电阻相同,基本单位是“微亨”。
色环电感内部也为线绕,体积小的做信号级用途,体积大的也做功率级用途。色环电感价格便宜,但是作为信号用途,体积大集成度不高;作为功率用途缺乏屏蔽,容易引发电磁干扰。

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图3.1 色环电感

4、 共模电感
共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,由相互磁耦合的两组电感组成,绕线方向如图4.1所示。

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图4.1 共模电感的结构

共模电感常用于开关电源进线中,过滤共模的电磁干扰信号,如图4.2中L3所示。
  • 正常信号(差模信号)通过时,共模电感产生的磁场抵消,信号无阻碍通过。
  • 共模(同方向)干扰信号通过时,共模电感磁场倍增,表现出感抗的低通滤波特性。


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图4.2 共模电感用于开关电源进线

如图4.3所示为常见的共模电感外观。

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图4.3 共模电感的常见外形

5、功率电感
功率电感的电流大,由较粗的圆/扁漆包线绕制,在电源电路中作为储能元件或者滤波元件使用,根据在电路中作用不同,电感需选择合适频率的磁芯材料。
如图5.1所示为柱状电感和工字电感,它们由漆包线绕制在圆柱磁芯上构成,部分工字电感外表会包括热缩管(如图5.1左2)。这类电感的磁芯磁路不是闭合的,因此会有很大的电磁干扰。

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图5.1 柱状电感和工字电感

如图5.2所示是常见的几种屏蔽型功率电感。屏蔽型电感的磁芯构成完整磁回路,以减小大功率电感的电磁干扰。
  • 图5.2左所示电感为常见的罐状功率电感,由带线圈磁柱和屏蔽磁壳两部分对接组成,线圈大部分包裹在磁芯内部,实现较好的电磁屏蔽效果。
  • 图5.2中间电感所采用的先进扁平线圈工艺,可以使匝与匝之间紧密平整,增加了线材的有用截面积,提高磁芯窗口利用率,同体积情况下实现低DCR。
  • 图5.2右两个电感使用的是磁芯粉末一体成型技术,先绕制线圈,然后将粉末状磁芯材料像水泥浇筑一样紧密包裹在线圈上。这种工艺的电感具备最佳的屏蔽效果。


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图5.2 屏蔽型电感

如图5.3所示为环形电感,有成品,也可以自行用漆包线或利兹线(频率特别高时)绕制。自行绕制电感需注意磁芯的种类,必须是电感专用(非变压器)磁芯,具体磁芯类别也影响性能。

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图5.3 环形电感

磁粉芯具有分布式气隙,适用于制作电感。低性能的磁粉芯材料以铁粉芯为代表,铁粉芯主要成分是四氧化三铁,低频性能好,但高频损耗高。如图5.4所示,铁粉芯在外观上最好分辨,都是双色涂装。黄色本体/白色底面,黄色本体/红色底面,绿色本体/蓝色底面等。铁粉芯材料一般都用来做小感量耐大电流的电感器。

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图5.4 铁粉芯外观

高性能的磁粉芯材料有铁硅铝、铁硅、铁镍、铁镍钼四种。如表5.1所示为美磁公司磁粉芯材料性能对照表,前5种为美磁公司产品,最后一列为非美磁公司的一般铁粉芯数据。
  • 损耗最低的是铁镍钼MPP材料,但其价格是铁硅铝的7~9倍。
  • 高性价比的是铁硅铝和铁硅材料,实际上目前主流高性能磁粉芯也是这两种材料。
  • 价格最低的是铁粉芯材料,综合性能也是最差的。


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表5.1 美磁公司磁粉芯材料表
注:带*数据为最优。

以铁硅铝为例,与铁粉芯对比优点如下:
  • 磁芯损耗:铁硅铝的磁芯损耗低于铁粉芯。
  • 接近零的磁致伸缩:铁硅铝非常适用于消除滤波电感中的音频噪音。
  • 没有热老化:铁硅铝在制造过程中不使用有机黏结剂,因此没有热老化问题,并能在摄氏200度下连续工作。


磁粉芯材料磁导率的选择问题。从表5.1中可以看到,不同类别的磁粉芯材料都有一系列磁导率的产品可供选择。高磁导率意味着很少的线圈匝数就可以实现高电感量,但是如图5.5所示,高磁导率磁芯更容易磁饱和。也就是说,高电感量/小电流应用场合应使用高磁导率产品,低电感量/大电流应用场合应使用低磁导率产品,具体可根据磁导率 vs. 直流偏置曲线进行计算。


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图5.5 美磁公司铁硅铝产品的磁导率 vs. 直流偏置曲线

参考图5.6,铁硅铝、铁硅、铁镍、铁镍钼磁芯的涂层颜色根据各公司产品而不同,大多数在磁芯上标注有型号。铁硅铝磁芯涂层为全黑居多,美磁公司的铁镍钼磁芯涂层为灰色、铁镍磁芯为黄褐色、铁硅磁芯为灰色。其他公司的产品还有蓝色和绿色涂层。

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图5.6 高性能磁粉芯的颜色外观

6、互感器
互感器用于隔离测量交流电压/电流,可分为电流互感器和电压互感器。值得注意的是,除非指明使用频率范围,否则互感器默认为工频50Hz互感器(其他高低频信号都不适用)。
大型互感器的尺寸能有小行李箱那么大。如图6.1所示为小型电路板上所使用的互感器,穿心式结构(图6.1中)的肯定是电流互感器,实心方块状的可能是电流互感器(图?左),也可能是电压互感器(图6.1右)。

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图6.1 小型板载互感器外形

电流互感器和电压互感器都是基于变压器原理的测量装置,不同的是接入被测电路的方式不同。
如图6.2所示为电流互感器的使用电路,电流互感器的初级串联进被测电路。待测电路的全部电流流过互感器的初级,因此电流互感器往往具有很大的变比,例如5A:2.5mA。

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图6.2 电流互感器的使用电路

如图6.3所示为电压互感器的使用电路,电压互感器的初级并联在被测电压两端。由于大电阻R’的存在,电压互感器的初级电流很小,因此电压互感器变比很小,例如2mA:2mA。

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图6.3 电压互感器使用电路



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发表于 2020-4-1 09:46:28   只看该作者
在前几次参赛过程的电源设计中,感觉电感在实际电路应用中是最难的,和参考电路相对比,最后发现很多电感类型不熟悉,导致设计出效率和参考电路发生了较大变化,期待后续课程

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好好学习天天向上

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哇偶 我又来了哈啊哈哈

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想起了上学期在实验室手工绕电感的痛了,就在快完的时候,漆包线它断了......

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支持支持!很详细!学到了

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做电源给我最深的印象就是绕电感

日本成功学专家田中太次郎说过:

一件小事坚持一百天,

你就会成为大师。

这就是一百天法则

做了这么久电源,相信我已经是一个绕电感大师了,绕的电感贼好看,说多少感量就能绕多少

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好好学习天天向上

打卡,继续学习

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贴片电阻,MLCC电容,贴片电感这么像嘛?:dizzy:
还有色环电阻和色环电感。。。。
其它几种倒是一眼就能分辨出来

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电感在电路搭建也很重要,期待后续课程

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第一次焊的时候色环电感和电阻有点分不清,差点报废了一块板子

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色环电感和色环电阻太像了,这怎么容易区分

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哈哈哈小白前来学习

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孤陋寡闻了,没几个知道的…就算见过,也不知道是什么…
这篇文章可以很好的普及一下盲区。

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发表于 2020-4-1 10:33:20   只看该作者
学到了,学到了,感觉自己知识太浅薄了

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发表于 2020-4-1 10:41:36   只看该作者
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