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電感主要電氣參數(shù)

嘉峪檢測網(wǎng)        2024-04-23 08:21

電感主要特性參數(shù)包括:電感量L、品質(zhì)因素Q、直流電阻DCR、分布電容、允許誤差、額定電流、飽和電流、溫度電流等。

 

1、電感量(L)

又稱電感系數(shù),表示電感產(chǎn)生自感力的一個物理量,是電感存儲磁能的能力,也反映電感通過變化電流時產(chǎn)生感應電動勢的能力,是電感最重要的參數(shù)之一。電感器上標注的電感量的大小,表示電感本身固有特性,與通過電感器的電流大小無關,主要取決于電感的圈數(shù)(匝數(shù))、繞制方式、有無磁芯、磁芯材質(zhì)等因素相關。

通常電感圈數(shù)越多,繞制的線圈越密集、電感量就越大。有磁芯的電感比無磁芯的電感量大,磁心導磁率越大的電感,電感量也越大。電感量的基本單位是亨利,用字母H表示,常用單位是毫亨、微亨。

電感量的標稱值通常是在沒有外加直流偏置的條件下,一般是在100KHz或1MHz頻率下測量所得,也可以根據(jù)電感適用場景定義電感量的測試頻率。

圖1:電感量與頻率關系曲線

 

2、品質(zhì)因數(shù)(Q)

品質(zhì)因數(shù)也稱Q值或優(yōu)值,是衡量電感質(zhì)量的重要參數(shù),它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時,所呈現(xiàn)的感抗與等效阻抗之比。Q值越高,表明電感線圈功耗就越小,效率越高,則"品質(zhì)"越好。

Q值與線圈的結(jié)構(導線粗細、多股或單股、繞法、磁芯)有關,為感抗XL與其等效電阻的比值,即Q=XL/RC。電感的Q值越高,回路損耗越小,電感的Q值與導線的直流電阻、骨架的介質(zhì)損耗、屏蔽體或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應的影響等因素相關。    

圖2:電感Q值與頻率關系曲線

在電感的應用頻段里,Q值愈高愈好,表示其電抗遠大于交流電阻,一般而言Q值最好達到40dB以上。隨著直流偏置增加,電感值會下降,Q值也會降低。若采用扁平漆包線或多股漆包線,可以降低趨膚效應,即交流電阻,也就可以提升電感的Q值。

 

3、分布電容(寄生電容)

分布電容是電感的匝與匝間、電感與屏蔽體間、電感與底板間存在的電容被稱為分布電容。電感的分布電容越小,其穩(wěn)定性越好,分布電容使等效耗能電阻變大,品質(zhì)因數(shù)也減小,因而電感的分布電容越小越好,電感的寄生電容將高頻分量旁路耦合,降低了電感的高頻濾波效果。

圖3:電感的寄生電容圖示

 

4、直流電阻(DCR)

直流電阻是指在無交流信號下測得的電阻,表示電感對直流電流的阻礙程度,由于該電阻在電流通過時發(fā)熱而產(chǎn)生電力損耗,所以直流阻抗越小就損耗越小。直流電阻的大小與電感內(nèi)部電阻以及導線材料等因素有關,通常認為是電感繞線的直流電阻。    

通常電感繞線越長,直流電阻越大;繞線的直徑越粗,直流電阻越小,反之直流電阻就越大。電感的直流電阻與電感尺寸的小型化、電流額定電流存在折衷關系。一般來說,電感值越大,直流電阻就越大。

圖4:電感值與直流電阻對應關系表

 

5、三個電流參數(shù)

額定電流(Rate DC Current)也叫標稱電流,表征電感通過的直流電流的強度,電感的額定電流主要與繞制電感的銅線線徑有關(線徑越粗,電感的額定電流越大)。電感的額定電流與電感的散熱能力有關,散熱能力越好,額定電流越大,電感散熱能力與電感的封裝、形狀、尺寸有關。

額定電流規(guī)定了電流值的上限,通過的直流電流超過額定電流時,無法保障電感質(zhì)量,嚴重時會燒毀電感。電感額定電流一般選取飽和電流和溫升電流中較小的那個,額定電流通常會保留20%的余量,即電感通過的最大電流要小于手冊中的額定電流的80%。    

圖5:電感額定電流標稱值與實測值對比

【重要知識點】

電感生產(chǎn)廠家,對其推出的疊層功率電感相應額定電流規(guī)格定義標準不同,部分沿用傳統(tǒng)的將溫升電流規(guī)格值作為額定電流,實際上并沒有充分考慮開關電源電路大電流工作場合下電感量隨電流變化的關系。

業(yè)界對疊層功率電感的額定電流定義,目前沒有統(tǒng)一的標準,工程師在器件選型過程中容易被誤導,應引起注意。

飽和電流(Saturation Current)是指電感器在磁芯達到飽和狀態(tài)時的電流值,一般是指電感值相對于初始值衰減30%(有些廠家10%,40%)的偏置電流。電感一般都有磁芯,特別是功率電感,磁芯是存在磁飽和的。

【重要知識點】

磁飽和是磁芯材料自身的特性,其通過的磁通量是不可以無限增大的,通過一定體積導磁材料的磁通量達到一定值時將不再增加,再增加電流或線圈匝數(shù)也不會改變,就達到磁飽和。當電流已經(jīng)使磁芯飽和,再增加電流磁通量也不會增加,此時電感就等同于空芯電感,電感阻礙電流的作用就沒有,電感失去作用,磁芯完全飽和。    

圖6:電感感量與電流的關系曲線

在電流比較小的時候,單位電流產(chǎn)生的磁通量與電流成正比,磁芯的磁導率為常數(shù)。而隨著電流慢慢增大,單位電流的增加產(chǎn)生的磁通量的增量是下降的,電感量也隨之下降。飽和電流可以理解為峰值電流,因此在電路設計中,一定不要讓電感的最大電流值超過其飽和電流值。

溫升電流是規(guī)定使用電感時的環(huán)境溫度容許范圍的參數(shù),通常以連續(xù)通直流電流電感的表面的溫度上升40℃的時候的電流值來設定規(guī)格。溫升電流是有效值不是峰值電流。

圖7:電感溫升與電流的關系曲線

【電感電流總結(jié)】

電感的額定電流,包含飽和電流和溫升電流,在電路設計中,電感的最大電流瞬間值不能超過飽和電流,電流有效值也不能超過溫升電流,一般情況下,建議預留20%-30%余量。

 

6、允許偏差    

允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值,電感量實際值與標稱值之差除以標稱值所得的百分數(shù)。一般用于振蕩電路中的電感器要求精度較高,允許偏差為±0.2%-±0.5%,用于耦合、高頻阻流等電感的精度要求不高,允許偏差為±10%-±15%。

圖8:高頻電感感量的允許偏差字母對應表    

 

 
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來源:風陵渡口話EMC

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