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发表于 2020-4-1 09:27:28
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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。
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。
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
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。
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。
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。
如图4.3所示为常见的共模电感外观。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
| 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。
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）。
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。
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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