别看电感很小,它的原理可以用“浩瀚”来形容。电感涉及电和磁两个霸主学科。到目前为止,只有极少数人真正了解电和磁。如果真的要地毯式的讲电感的作用,我觉得7、8要把电感讲透并不容易。在这里,笔者给大家介绍一下电感最重要、最常用的功能。
电感器,俗称电感,本质上是一个线圈,有空心线圈和实心线圈。实心线圈有铁芯或其他材料制成的铁芯,电感的单位简称“H”或“亨”。另外,更小的单位是mH,uH,它们的换算方法是1H=1000mH=1000000uH。
电感的常见功能
阻断交通直行
对于直流电,电感相当于短路;对于交流电来说,电感是一种阻碍,交流电频率越高,电感的阻碍越大。
变压器
对于我们来说,电感最熟悉的应用就是变压器,如图1,这是变压器的电路符号。如果左边线圈匝数为100,右边线圈匝数为50,如果左边线圈通220V交流电,右边线圈上感应的电压为110V,即“匝数比=电压比”但电流完全相反;如果1A的电流流入左侧,2A的电流就会从右侧流出,即“匝数比=电流的反比”,因为电感只会改变电压和电流,而不会改变功率。如果电压和电流成正比,显然是不合理的。
图1
Rl低通滤波器
所谓低通滤波器,就是低频信号可以通过,高频信号不能。电路原理图如图2所示。如果输入信号是DC,电感就相当于一根导线;现在是短路,信号会经过电感,直接输出,不经过电阻。如果我们逐渐提高电流的频率,通过电感的信号会因为电感对交流电有阻断作用而逐渐变小,直到达到一定的频率。当电流超过这个频率时,就不能再通过了。此时,形成低通滤波器。这个频率称为截止频率,公式为f=R/(2L)。
图2
Rl高通滤波器
高通滤波器的原理与低通滤波器类似,只是电阻和电感的位置发生了变化,如图3所示。如果是DC,它会通过感应器流回来。此时,如果改变频率,当频率逐渐上升,当频率达到截止频率时,高频信号将直接输出,不需要电感。截止频率也计算为f=R/(2L)。
图3
以上列出了一些常用的电感应用。当然,电感的作用远不止这些。以上都是基础,应用考虑的远不止以上。
电感器按其形式分为:固定电感和可变电感。
根据磁导体的性质,分为空心线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈和铜芯线圈。
按工作性质分为天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈和偏转线圈。
按绕组结构分类:单层线圈、多层线圈、蜂窝线圈。
按工作频率分类:高频线圈和低频线圈。
按结构特点分为磁芯线圈、可变电感线圈、色标电感线圈和无芯线圈。
十个电感的特性1) I型电感
它的前身是柔性贴片电感,工字形电感是它们的改进。挡板可以有效地增强储能能力,改变EMI的方向和大小,还可以降低RDC。可以说是信号通信电感和电源电感的折中。
贴片I型电感主要用于几百kHz到一两MHz的小电源切换,如信号处理或数码相机的LED boost、ADSL等低频部分的电源使用。它的q值是20和30,相当适合信号处理。RDC的电感比柔性贴片低,作为电源也很有用。当然,电源必须使用大I形电感。
工字型电感最大的缺点还是磁路开放,有EMI问题;此外,噪声问题比柔性贴片的电感更大。个人认为,工字型电感肯定不是最优结构,还有很大的提升空间。
2)色环电感
色环电感是杆状电感最简单的加工,主要用于信号处理。本身和杆状电感的特性没有太大区别,只是有一些夹具和一些颜色来区分电感。因为单价很便宜,目前不太注重体积,带插件的电子产品还是可以用的,还有很多色环电感。因为是外挂,太传统,是时候被时代淘汰了。
3)空心电感
空心电感器主要用于信号处理,例如谐振、接收和发射。空气可以用在甚高频产品中,所以很多变差要求不高的产品还在用。因为空气不是固定线圈的最佳材料,所以限制了要求越来越严格的产品的发展。
4)环形线圈电感
环形线圈电感是电感理论中的理想形状。闭合磁路,EMI问题少,充分利用磁路,容易计算,几乎理论上的好处,都属于环形线圈电感。但是有一个最大的缺点,就是不容易把电线挠弯,工艺多为手工。
现在中国人多,姑娘眼尖手细。但是谁愿意让年轻活泼的女孩子浪费青春呢?迟早谁也请不到。但是如果用机器的话,圆形软线的竞争力还是需要做机械和电控的工程师来提高。环形线圈电感虽然是电感中比较理想的形状,但作为信号处理主要用于手工压线,要求高,所以很少使用。但极小的环形线圈电感仍被大量使用,主要用于高频高电感的通信产品。
环形线圈的最大电感是铁粉芯混有树脂,使得气隙均匀分布在铁粉芯中。电感有一定的灵敏度。当我们看到“气隙”这个词时,我们知道它是用在电力上的。因此,铁粉芯环形线圈电感是功率电感中最常用的一种,其IDC可达20安培以上。
我觉得环形线圈电感还有很大的提升空间,不妨往这个方向研究和思考。
铁粉芯环形线圈电感的优点是环形的,但缺点也是环形的。我之前说过,用户最喜欢的形状是方形,所以在折中下环形线圈电感并不是最有优势的。
5)贴片叠片的高频电感。
其实贴片叠片的高频电感就是一个空芯电感。特性一模一样,但是因为容易固定,可以小型化。
贴片叠片的高频电感和空芯电感相比,并不是一个很好的夹具,但是空气的相对磁导率是1,在高频的时候很有用,所以找一些相对磁导率相同的夹具就不太好了。
其实世界上大多数物质的导磁率都是一样的,最便宜的是石头。贴片的高频电感的材料是石头,石头是硅。氧化铝和其他材料也有同样的意图。
总之,层压高频电感材料的目的是制作层压贴片,方便印刷电路。我们不仅不希望高频电感的材料有特性,更希望它完全没有特性更好,这样贴片的高频电感特性就完全像空心线圈一样,而且因为可以固定,所以变化很小。在工艺上,因为工艺重叠,可以尽量小型化。
Z=2* pi *频率*电感值,2和pi是常数,不考虑它们。对于相同的阻抗,频率越高,电感值越小。目前通讯产品的使用频率越来越高,意味着对感官价值的需求越来越小。
电感越小,我们能做的就越小,别说用高导磁材料,就是用空气和石头。因此,高频电感贴片叠片的使用会越来越多,这是胡的必然趋势
贴片式高频电感与贴片式高频电感相比,Q值不够高,这是最大的缺点。不过我可以肯定的是,目前市面上的高频电感Q值绝对不是这款产品的极限,提升的空间还是很广阔的。此外,由于高频产品的变异要求非常严格,材料随温度变化,这也是中国台湾省和中国大陆的叠层高频电感无法与日本的叠层高频电感强有力竞争的重要原因。
唉,那些大老板真的不知道自己是吃什么长大的,说了才听。总是想着砍价!讨价还价只是竞争手段之一,为什么不想看看如何从技术上提高自己的竞争力呢?
最后,由于电感值会越来越小,精度要求会越来越高,贴片叠层高频电感将取代贴片柔性高频电感。南海一郎预测,5到10年后,贴膜的高频电感也将取代贴片层的高频电感。一定要把握好研究和市场的正确方向。
6)磁棒电感
磁棒电感是空心电感的补强,电感值与磁导率成正比。当空心线圈中插入磁性材料时,电感值和Q值会大大增加。好处,你自己想象就好了。如果想不通,或者不想去想,还是趁早转行吧。磁棒电感是最简单最基本的电感;30到100年前,电感有了应用,特性也有了。
7)SMD贴片功率电感
贴片功率电感主要强调储能能力和损耗少。
8)穿芯磁珠
穿心磁珠是阻抗设备。电感是低通元件,允许低频通过,阻挡高频。
9) SMD珠
贴片磁珠是下一代穿心磁珠。
10)贴片高频变压器和插入式高频变压器
高频变压器通常用于开关电源。
审计和安
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