电感器的参数和特性

Inductor-3---电感的特性参数

引言：电感之所以呈现感性，即流过电感的电流会滞后于施加在电感上的电流(事实上是滞后90度相角)，是因为楞次定律。

1.电感的参数

表3-1列出电感器的主要技术规格。 本节我们解释电感器的各种特性，但并非所有的特性都被作为技术规格而作出规定。 这里归纳了电感器的数据表中规定的具有代表性的技术规格。 但是，项目的有无和规定条件会因厂家或商品而有所差异，所以需要仔细确认数据表的附注等事项。

表3-1：关键参数

电感值：

表示规定频率的值，具有±10到±30%这样的容许差。

直流电阻DCR：

如前面所说明的那样，主要是绕组的电阻，表示±20%等的容许差。 同样，作为电阻成分说明的交流电阻(ACR)，没有在技术规格中示出的情况较为多见，所以要根据需要向厂家确认。

额定电流：

温升额定电流已规定施加直流电流时的温度上升为40℃的电流额定值较为多见，但其条件则会根据厂家或产品而有所差异。

直流叠加额定电流，一般表示电感为-30%的电流的最大值较为多见，其条件同样会根据厂家或产品而有所差异。

额定电流虽说是重要的技术规格，但并非总会列出两者。 在列出其中一个的情况下，就要按照该额定值，有的情况下或许还需要向厂家确认。 除此之外，有的情况下已对“自共振频率Inductor-1：电感器的模型和参数”做出规定。 如前面所说明的那样，这里列出作为电感器发挥作用的极限频率。

2.电感的特性

磁饱和特性

电子在原子外层绕著数层轨道旋转，每一层电子旋转都会依愣次定律产生一微弱的磁场，每一层的磁力不同、方向也不同，但合力为零，没有磁性。 当一线圈通电流，同样的依愣次定律产生一磁场，磁力线穿过磁性材料(铁心)，磁性材料内原子的电子旋转轨道开始转向，以抵消线圈产生的磁力线，线圈电流越大，越多磁性材料电子的旋转方向改变，最后所有磁性材料电子旋转方向都相同时，就是磁饱和。 由于磁性饱和特性的存在，随着DC偏磁电流增强电感量降低。 磁性饱和发生后，随着电感量降低阻抗也将降低。 抵抗直流重叠较强的电感器将维持较高的阻抗。 弱的话，阻抗将显著地降低。 一般，在使用条件下，根据所要求的电感量和阻抗的范围来选择电感器。

如图3-1所示，电感器在流过的电流超过容许电流(直流重叠容许电流)的最大值时会引起磁饱和，导致电感值减少。 电感器饱和时，如上述的阻抗式可知，阻抗变小，流向电感器的电流变得异常大，例如DC/DC转换器上有可能引起效率下降或异常动作。 磁饱和容许电流是电感器的重要特性之一。

图3-1：随着直流重叠电流增加，电感减少

交流电阻(ACR)

我们已在阻抗项中简要说明了直流电阻(DCR)，而实际使用的电感器除此之外还包含有导致磁芯的涡流损耗产生的电阻成分、和因表皮效应和邻近效应而增加的导线的电阻成分，我们统称为交流电阻(ACR)。 此交流电阻(ACR)与频率成正比，交流电阻值变大，导致高频的功率损耗变大以及零部件的温度上升，实际使用时需要考虑这些因素。 (有关涡流损耗、表皮效应、邻近效应)

Q 值(品质因素)

某一频率的电感器的感抗与电阻之比，是表示电感器的性能的指数。 Q值越高表示接近纯电感的程度的值。 Q值越大，电路中，越能起到纯电感器的作用。 以感抗XL除以ACR而得到的值来表示相对于频率有多大的损耗(ACR简化为R)：

从上式可以获知，如果ACR小Q值就会升高。

铜损和铁损

电流流向导线时的电阻成分引起的损耗称为铜损，磁束通过磁芯时磁芯内产生的损耗(磁滞损耗和涡流损耗)称为铁损。

表皮效应

如果流向导体的电流的频率升高，电流就会只流过导体的表面，表面部分的电流密度增大，电阻值增加。 我们将这种效应叫做表皮效应。

邻近效应

多根导线邻近时，每个绕组形成的磁场感应涡流，高频时会集中于导体内的电流邻近的导线相邻接的狭小区域而流过，邻近部分的电流密度增大，电阻值增加。 我们将这种效应叫做邻近效应。

涡流损耗

因电磁感应而变化的磁场会在导体的磁芯中产生涡状的电流。 产生此电流的能量会因磁芯材料的电阻而被转换成热并成为损耗。 我们将这种损耗叫做涡流损耗。

磁滞损耗

如果是磁芯内的磁场变化或者反转，就会伴随磁滞(磁芯材料的BH图中所示的磁滞回线)而返回原先的状态。 为了此磁滞的运动而消耗的能量会作为热损耗掉。 我们将这种损耗叫做磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比。

3.电感的分类

电感器有各种不同的种类。 此外，分类的方法也会随不同的观点而有多种。 下图3-2所示为将用途作为信号类和功率类，各自按照磁性体(磁芯)材料和工法而进行的分类。

表3-2：电感器的一种分类方法