传统绕线型功率电感缺陷总结
一、电极焊盘可靠性：传统绕线功率电感引脚基本上是采用将漆包线直接
引出挂在用环氧树脂等胶水粘合的片状或圆针型电极上再予以加锡焊接使其可靠接触良好，这样一来有如下缺点：
1.1粘合胶、磁芯、漆包线、焊片（针）材料膨胀和收缩率并不一致，这样
一来电感工作在发热、冷却过程中导致相关材料产生不同膨胀和收缩，时间长了会引起器件焊盘脱落等异常品质隐患；
1.2电感在工作过程中因电流流过会导致其本体发热，在其长期工作本体高
温条件下漆包线引出头与电感焊盘挂线处焊点氧化导致电感开路等异常.
二、本体结构缺陷：传统功率电感采用将漆包线圈按一定的匝数缠绕在
“工”字形中柱磁芯上然后再使用以环氧树脂、导磁胶等粘合剂填充以确保电感本体和外磁环结合缝隙之间结合良好，从而增强其机械性能、提升散热效果、避免电感工作时产生机械或电磁谐振噪音，传统功率电感的本体粘合胶灌封结构在长期使用时主要存在如下缺陷：
2.1 电感长期工作时因热膨冷缩导致漆包线圈、粘合胶以及磁芯之间产生缝隙等结构缺陷从而引起因电感散热、电感动态工作电感量下降过大等电感整体电气性能变差;
2.2 内部结构缺陷会导致电感工作时产生机械或电磁谐振啸叫，从而使客户整机电路性能不稳定或电感整体机械特性变差.
三、本体强度:传统功率电感绝大部分产品是采用“工”字磁芯为主体磁芯
材料绕制而成，其结构不可避免存在如下应用中的瓶颈：
3.1 电感抗跌落性能不理想：“工”字形电感结构决定了其远离磁芯中柱的电感本体边缘边承受跌落或冲击能力变得薄弱，这样一来电感在受到跌落冲击时容易导致磁芯破碎等异常;
3.2 SMD贴片功率电感在贴片过程因吸咀调节不当或料件吸咐过程中位置偏斜容易引起电感本体破损异常.
四、“工”字型绕线目前相当一部分产品采用导磁胶填充磁芯的侧面凹槽
以增强其机械强度，减少漏磁干扰.目前这种导磁胶灌封结构在应用中存在如下缺陷:
4.1 导磁胶灌封过程中不可避免存在气泡等结构缺陷，这样一来导致线圈与导磁胶不能充分接触从而导致电感应用过程线圈散热不良及噪音等异常情形，缩短电感的使用寿命、使客户电路性能变差;
4.2 导磁材料受热或冷却时其膨胀和收缩率与磁芯以及线圈并不一致，电感长期高温和大电流条件下工作时导致胶脱落使电感磁屏蔽和机械特性等方面下降，存在可靠性品质隐患.
五、贴片式传统绕线功率电感的焊盘绝大部分采用以环氧树脂为主要材料
的有机粘合胶将电感焊盘与磁芯本体粘结在一块组成，因电感的组装工艺差异容易导致其与PCB贴装时共面性其面性差、电感长期工作时其焊点强度存在信赖性疑虑。
六、传统绕线功率电感绝大部分采用开放、热缩套管、导磁胶等方式组成
（主要根据客户产品应用条件、可靠、稳定要求制成并选用）其结构对漏磁的屏蔽效果并不是很好，电感工作时对其周边IC、电源模块等电磁场敏感类元器件造成漏磁干扰，从而使得客户产品性能变差，EMI对策成本增加;
七、传统型绕线功率电感因结构和磁芯材料发展的局限性，针对高额定电
流的电感产品其体积、外型尺寸受到了一定限制，不适合客户高密度布板以及对体积和空间要求较高的便携式电子产品，与新型发展起来的叠层和平板型功率电感相比存在一定的局限性.
低功耗电源的电感选择 超低功率或者超高功率开关电源稳压器的电感，并不象一般开关电源那样容易选择。目前常规的电感都是为一些主流设计所制造，并不能很好地满足一些特殊设计。本文主要讨论超低功率、超高效率Buck电路的电感选择问题。典型应用实例就是小体积电池长时间供电设备。在这种电路中，让工程师感到棘手的问题主要是电池容量（成本与体积）与Buck电路体积、效率之间的矛盾。为了减小开关电源的体积，最好选择尽可能高的开关频率。但是开关损耗以及输出电感的损耗会随着开关频率的提高而增大，而且很有可能成为影响效率的主要因素，正是这些矛盾大大提高了电路设计的难度。 Buck电路的电感要求 对工程师而言，铁磁性元件（电感）可能是最早接触的非线性器件。但是根据制造商提供的数据，很难预测电感在高频时的损耗。因为制造商通常只提供诸如开路电感、工作电流、饱和电流、直流电阻以及自激频率等参数。对于大部分开关电源设计来说，这些参数已经足够了，并且根据这些参数选择合适的电感也非常容易。但是，对于超低电流、超高频率开关电源来说，电感磁芯的非线性参数对频率非常敏感，其次，频率也决定了线圈损耗。 对于普通开关电源，相对于直流I2R损耗来说，磁芯损耗几乎可以忽略不计。所以通常情况下，除了“自激频率“这个与频率有关的参数外，电感几乎没有其他与频率相关的参数。但是，对于超低功率、超高频率系统（电池供电设备），这些高频损耗（磁芯损耗和线圈损耗）通常会远远大于直流损耗。 线圈损耗包括直流I2R损耗和交流损耗。其中，交流损耗主要是由于趋肤效应和邻近效应所导致。趋肤效应是指随着频率的提高移动的电荷越来越趋于导体表面流动，相当于减小了导体导电的横截面积，提高了交流阻抗。比如：在2MHz频率，导体导电深度（从导体表面垂直向下）大概只有0.00464厘米。这就导致电流密度降低到原来的1/e （大概0.37）。邻近效应是指电流在电感相邻导线所产生的磁场会互相影响，从而导致所谓的“拥挤电流”，也会提高交流阻抗。对于趋肤效应，可以通过多芯电线（同一根导线内含多根细导线）适度缓解。对于那些交流电流纹波远小于直流电流的电路，多芯电线可以有效降低电感的总损耗。 磁芯损耗主要是由于磁滞现象以及磁芯内部传导率或其他非线性参数的互感产生。在Buck拓扑结构中，第一象限的B-H磁滞回线对磁芯损耗影响最大。在第一象限这个局部图中，磁滞回线显示了电感从初始电感量过渡到峰值电感量再回到初始电感量的过程。如果开关电源稳定工作在不连续状态，磁滞回线会从剩余电感量（Br）过渡到峰值电感量（参考图1）。如果开关电源工作在连续状态，那么磁滞回线将会从直流偏置点上升到曲线峰值，再回到直流偏置点。通过实验可以确定磁滞回线的精确曲线形状（基本上是椭圆曲线）。
9．下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX 为传感器电容，C 为固定电容，假设运放增益A=∞，输入阻抗Z=∞；试推导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。 2．运算放大器式电路 将电容传感器接于放大器反馈回路，输入电路接固定电容。构成反相放大器。能克服变极距型电容式传感器的非线性。 由运算放大器工作原理可知，在开环放大倍数为－A 和输入阻抗较大的情况下，有 若把C x =εA /d 代入 式中，负号表示输出电压u sc 与电源电压u 相位相反。可见配用运算放大器测量电路的最大特点是克服了变极距型电容传感器的非线性。上述电路要求电源电压稳定，固定电容量稳定，并要放大倍数与输入阻抗足够大。 ∑ C -A 电容传 感器C x u u sc u C C u C C u x x sc /j 1/j 1-=- =ωωu A Cd u ε- =sc 6．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r = 4(mm )，工作初始极板间距离δ0 =0.3 mm ，介质为空气。问： 如果极板间距离变化量Δδ = ±1(μm )，电容的变化量ΔC 是多少？
极板面积为A ，初始距离为d 0，以空气为介质 （εr =1），电容器的电容为 若电容器极板距离初始值d 0减小?d ，其电容量增加?C ，即 由上式，电容的相对变化量为 00d A C ε＝ 00011d d C d d A C C ?- =?-?ε＝ ＋1 00)1(-?-?=?d d d d C C 因为，按幂级数展开得 略去非线性项（高次项），则得近似的线性关系式 而电容传感器的灵敏度为 电容式传感器灵敏度系数K 的物理意义是：单位位移引 起的电容量的相对变化量的大小。 1/0<
电感损耗包括铁损和铜损。 电感磁芯中的功耗磁滞损耗和涡流损耗。 电感线圈中的功耗介绍。 解决方案： xx定律等数学物理方法计算功耗。 双极性变化的磁通对电感施加变化的正弦电压信号得到磁芯损耗与磁感应强度的关系曲线。 用估算法计算电感总损耗。 众所周知，电感损耗包括两方面： 其一是与磁芯相关的损耗，即传统的铁损；其二是与电感绕组相关的损耗，即通常所谓的铜损。 功率电感在开关电源中作为一种储能元件，开关导通期间存储磁能，开关断开期间把存储的能量传送给负载。磁滞特性是磁芯材料的典型特性，正是它产生电感磁芯的损耗。导磁率越大，磁滞曲线越窄，磁芯功耗越小。 电感磁芯中的功耗 电感在一个开关周期内由于磁场强度改变产生的能量损耗是在开关导通期间输入电感的磁能与开关断开期间输出磁能之间的差值。如果用ET代表一个开关周期电感的能量，则：。根据安培定律： 和xx定律： ，上述等式中的ET为： 。随着电感电流减小，磁场强度减弱，而磁感应强度从另一回路返回并变小。在此期间，大部分能量传送给负载，而存储能量和传送能量之间的差值即为损失的能量。而磁芯由于磁滞特性引起的功耗是上述能量损耗乘以开关频
率。该损耗大小与艬n有关，对于大多数铁氧体材质磁芯而言，n介于2.5~3之间。到目前为止，上述磁芯储能和损耗的推导与结论都基于下列条件： 磁芯工作在非饱和区；开关频率在磁芯正常工作范围内。 电感磁芯除了上述的磁滞损耗外，第二种主要损耗是涡流损耗。感应涡流在磁芯中流动将产生I2×R(或V2/R)的功耗。如果把磁芯想象为一个高阻值元件RC，那么，在RC将产生感应电压，根据法拉第定律，，其中AC为磁芯的有效截面积，因此功耗为： ，由此可见，磁芯由于涡流导致的功耗与磁芯中单位时间内磁通变化量的平方成正比。另外，由于磁通变化量直接与所加电压成正比，所以，磁芯的涡流功耗与电感电压和占空比成正比，即： ，其中VL为电感电压，tAPPLIED为一个开关周期(TP)中开关的导通(ON)或截止(OFF)时间。由于磁芯材料的高阻特性，通常涡流损耗比磁滞损耗小得多，通常数据手册中给出的磁芯损耗包括涡流损耗和磁滞损耗。 为电流渗透率(为导体的电阻率，是绕组材料的电阻系数(通常为铜材，其)，Area为绕阻导线有效截面积。由于体积较小的电感通常采用线径较细的导线，因此有效截面积较小，直流电阻较大。再者，电感量较大的电感需要绕制的匝数较多，因此线圈导线较长，电阻也会增大。对于直流电压，线圈损耗是由于绕组的直流电阻(RDC)产生的，电感的数据手册都会给出该参数。随着频率的提高，将出现众所周知的电流趋肤现象，因此对于交流电，绕阻的实际电阻会随频率的升高而增大，大于RDC，绕阻的铜损增加。电感线圈交流电阻的大小由特定频率下电流在导体中的渗透深度决定。渗透深度界定点为： 该点的电流密度减小到导体表面电流密度的1/e(或直流电时)，计算公式为： ，其中实际电感的功耗还包括线圈中的功耗，即铜损(或线损)。直流供电时，线圈中的功耗是因为线圈导线并非理想导体，有直流电阻存在，有电流流过时，将消耗功率，即IRMS2×RDC。线圈的电阻定义为：
如果确定开关电源电感值 开关电源电感器是开关电源设备的重要元器件，它是利用电磁感应的原理进行工作的。它的作用是阻交流通直流,阻高频通低频(滤波)，也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力，很难通过，而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小，即低频信号可以较容易的通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。 本文将阐明为非隔离式开关电源(SMPS)选用电感器的基本要点。所举实例适合超薄型表面贴装设计的应用，像电压调节模块(VRM)和负载点(POL)型电源，但不包括基于更大底板的系统。 图1所示为一个降压拓扑结构开关电源的架构，该构架广泛应用于输出电压小于输入电压的开关电源系统。在典型的降压拓扑结构电路中，当开关(Q1)闭合时，电流开始通过这个开关流向输出端，并以某一速率稳步增大，增加速率取决于电路电感。根据楞次定律，di=E*dt/L，流过电感器的电流所发生的变化量等于电压乘以时间变化量，再除以这个电感值。由于流过负载电阻RL的电流稳定增加，输出电压成正比增大。 在达到预定的电压或电流限值时，开关电源控制集成电路将开关断开，从而使电感周围的磁场衰减，并使偏置二极管D1正向导通，从而继续向输出电路供给电流，直至开关再度接通。这一循环反复进行，而开关的次数由控制集成电路来确定，并将输出电压调控在要求的电压值上。图2所示为在若干个开关循环周期内，流过电感器和其它降压拓扑电路元件上的电压和电流波形。 电感值对于在开关电源开关断开期间保持流向负载的电流很关键。所以必须算出保持降压变换器输出电流所必需的最小电感值，以确保在输出电压和输入电流处于最差条件下，仍能够为负载供应足够的电流。为确定最小的电感值，
深入剖析电感电流 DC/DC电路中电感的选择 原文：Fairchild Semic on ductor AB-12 : In sight into In ductor Curre nt 翻译：frm （注：只有充分理解电感在DC/DC电路中发挥的作用，才能更优的设计DC/DC 电路。本文还包括对同步DC/DC及异步DC/DC既念的解释。） 简介 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择 电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注于解释：电感上的DC电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC滤波电路中的L （C是其中的输出电容）。虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。 在降压转换中（Fairchild 典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND V JM A S悟怕1 DC Output Voltage * State 2 Figure 1. Basic Switching Action of a Converter 在状态1过程中，电感会通过（高边“high-side ”）MOSFE连接到输入电压。在状态2过程中，电感连接到GND由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“ low-side ”）MOSFE接地。如果是后一种方式，转换器就称为“同步（synchronus ）”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。相反，在状态2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器，输 出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。
?Higher inductance values than other 0603 inductors ?Ferrite construction for high current handling ?Inductance values: 47 nH – 10 μH; 5% and 2% tolerance 100000 I n d u c t a n c e (n H ) 10Frequency (MHz) Typical L vs Frequency Irms Derating Designer’s Kit C347 contains 10 each of all 5% values Core material Ceramic/Ferrite Terminations RoHS compliant silver-palladium-platinum-glass frit.Other terminations available at additional cost.Weight 4.8 – 6.2 mg Ambient temperature –40°C to +85°C with I rms current, +85°C to +100°C with derated current Storage temperature Component: –40°C to +100°C.Packaging: –40°C to +80°C Resistance to soldering heat Max three 40 second reflows at +260°C, parts cooled to room temperature between cycles Temperature Coefficient of Inductance (TCL)+50 to +150 ppm/°C Moisture Sensitivity Level (MSL)1 (unlimited floor life at <30°C /85% relative humidity) Mean Time Between Failures (MTBF)1 billion hours Packaging 2000 per 7″ reel.Plastic tape: 8 mm wide, 0.23 mm thick,4 mm pocket spacing, 1.1 mm pocket depth PCB washing Only pure water or alcohol recommended Frequency (MHz) Q f a c t o r Typical Q vs Frequency Ambient temperature (°C) P e r c e n t o f r a t e d r m s I
功率电感之大电流电感 随着电气技术的发展，对电源在高频率，高效率，环保，尺寸，安全，低温升，低噪音，抗干扰E等方面不断提出新的要求，在结构上提出“轻、薄、短、小”的要求，对关键器件提出了扁平化，轻量化，低功耗和高性能的要求，体现在磁性器件方面，尤其是非隔离DC-DC模块电源中，贴片化和扁平化（低高度）成为一种趋势。CODACA从2001年成立至今，已专注生产电感14年，其产品系列不断推陈出新，顺应时代的发展，无论是技术积累还是品质和性价比，都奠定了CODACA这一电感品牌越来越具有影响力。 对于电源工程师以及磁性器件件工程师而言，高频化大功率电路对产品体积要求越来越严苛，功率密度要求越来越大，只有对功率电感有了更系统了解，尤其是大电流电感，才能设计和选型更优化的电感。 本文系统的对功率电感的相关知识进行阐述整理，主要包括功率电感的定义、选型因素、常用磁性材料、功率电感的工作点、典型电气参数、非典型参数、扁平线绕组的优势，常用拓扑结构和关于温升、饱和和噪音三个问题的建议。 1.功率电感的定义 功率电感(Power Inductor),顾名思义，用在电路中传输功率的电感。电感在电路中主要用来处理功率，信号和电磁兼容（EMC），其中负责功率传输的主要包括升压电感（boost），降压电感（buck），升降压电感（buck-boost），功率因素校正电感（PFC），正激电路输出侧的直流输出滤波电感（相当于buck）和逆变电路输出侧的逆变电感等，这些电感同时承担着储能和平滑滤波的作用；其中用于EMC的电感分为共模电感和差模电感，差模电感在电路中主要滤除差模干扰，无论传输电流是
直流电还是交流电，都需要承担滤波和储能的作用，因此在本篇文章中，从能量储存的角度讲，也将差模电感归入功率电感范畴。 2.功率电感的选型因素： 1)电感的电气特性，主要饱和特性，温升特性，频率特性等； 2)电感的机械特性，主要尺寸限制，贴装方式，机械要求等； 3)电感的使用环境，电气条件裕量，环境温湿度，酸碱度等； 4)电感的性价比（品质，品牌，技术支持，服务，付款条件等）； 5)电感的新型研发，深度定制和快捷样品反馈以及批产能力； 功率电感的选型因素很多，对于设计人员或者采购人员而言，在满足主要考量因素的情况下，尽可能的平衡其他因素。比如成本为主要考虑因素，磁芯可选用廉价的铁粉心，但产品的尺寸和损耗可能会比较大，或者选用没有品质保证的供应商，但客户服务和技术支持会比较差些等；比如产品的温度特性有严格要求，可能需要成本昂贵的MPP磁芯或者羰基铁粉心等。CODACA从2001年成立至今，已专业生产电感14年，无论是技术积累还是品质和性价比，都奠定了CODACA这一电感品牌越来越具有影响力。 3.功率电感常用磁性材料 常用的软磁材料主要分为镍锌（NiZn）铁氧体和锰锌（MnZn）铁氧体，全系列金属磁粉心（High-Flux，MPP，Sendust，Fe-Si，Fe-Si-Cr，Fe-Si-Ni，IRON Powder，Nanodust等），非晶/纳米晶，叵末合金和硅钢等。本文就CODACA普通贴片功率电感、一体成型电感和组装式大电流电感所用材料重点进行介绍。 镍锌（NiZn）铁氧体，有着极高的电阻率，等同于绝缘体，其磁导率10~2000，饱和磁通密度0.25T~0.44T,应用频率0.1~100MHz，低磁导率可达GHz，主要用来做
为开关电源选择合适的电感 电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流、电压相位不同，所以理论上损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰。 电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。 杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集”为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。 当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时，不妨考虑下面几个特点： 1. 当电感L 中有电流I 流过时，电感储存的能量为： E＝0.5×L×I2 (1) 2. 在一个开关周期中，电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为： V＝(L×di)/dt (2) 由此可看出，纹波电流的大小跟电感值有关。 3. 就像电容有充、放电电流一样，电感器也有充、放电电压过程。电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比，电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt 也将变化；正向电压使电流线性上升，反向电压使电流线性下降。 计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要 从图1 可以看出，流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成，因为交流分量具有较高的频率，所以它会通过输出电容流入地，产生相应的输出纹波电压dv=di×RESR。这个纹波电压应尽可能低，以免影响电源系统的正常操作，一般要求峰峰值为10mV~500mV。 纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸，纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%，因此对降压型电源来说，流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。 降压型开关电源的电感选择 为降压型开关电源选择电感器时，需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大
电感总结 电感：当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。我们把这种电流与线圈的相互作用关系称其为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利”（H）。也可利用此性质制成电感元件。总结起来就是：电感的电流不能瞬间改变，可以平稳电流；电感是以磁场形式储存能量。 【电感器的种类】 按结构分类 电感器按其结构的不同可分为线绕式电感器和非线绕式电感器（多层片状、印刷电感等），还可分为固定式电感器和可调式电感器。 按贴装方式分：有贴片式电感器，插件式电感器。同时对电感器有外部屏蔽的成为屏蔽电感器，线圈裸 立式、卧式电感 露的一般称为非屏蔽电感器。固定式电感器又分为空心电子表感器、磁 贴片电感
心电感器、铁心电感器等，根据其结构外形和引脚方式还可分为立式同向引脚电感器、卧式轴向引脚电感器、大中型电感器、小巧玲珑型电感器和片状电感器等。 可调式电感器又分为磁心可调电感器、铜心可调电感器、滑动接点可调电感器、串联互感可调电感器和多抽头可调电感器。 按工作频率分类 电感按工作频率可分为高频电感器、中频电感器和低频电感器。 空心电感器、磁心电感器和铜心电感器一般为中频或高频电感器，而铁心电感器多数为低频电感器。 按用途分类 电子工程师使用电感时有三个地方：处理有用信号；电源管理；排除噪声。其中处理信号就是要让有用信号通过，尽可能的建设损耗；排除噪声就是阻止无用信号通过，尽可能地挡住或消耗掉。 功率电感：功率电感是分带磁罩和不带磁罩两种，主要由磁芯和铜线组成。在电路中主要起滤波和振荡作用。大功率片状绕线型电感。大功率片状绕线型电感器主要用于DC/DC变换器中，用作储能元件或大电流LC滤波元件(降低噪声电压输出)。
――DC/DC 电路中电感的选择 原文：Fairchild Semiconductor AB-12：Insight into Inductor Current 下载 翻译：frm （注：只有充分理解电感在DC/DC电路中发挥的作用，才能更优的设计DC/DC电路。本文还包括对同步DC/DC及异步DC/DC概念的解释。） 本文PDF文档下载 简介 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注于解释：电感上的DC电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC滤波电路中的L（C是其中的输出电容）。虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。 在降压转换中（Fairchild典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。 在状态1过程中，电感会通过（高边“high-side”）MOSFET连接到输入电压。在状态2过程中，电感连接到GND。由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“low-side”）MOSFET接地。如果是后一种方式，转换器就称为“同步（synchronus）”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。相反，在状态2过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。 我们利用电感上电压计算公式： V=L(dI/dt) 因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2所示： 通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流：
如何为开关电源选择合适的电感 电感，一直以来都有些许神秘：它可以产生磁场，把磁场和电场联系起来；电感的电流I不能突变，但电流变化率dI/dt可以突变；电感的储能与其流过的电流有关。 铁氧体和铁粉是用于开关电源电感的两种磁芯材料。应用于电源的储能电感通常制成闭环，使得整个磁场包含在电感的内部，因此磁通大小与磁芯的存储能量将表征磁芯材料的特性。 以Buck电路的输出电感为例。该电感的磁芯具有一定的直流分量，适用的材质有：（1）铁粉芯 碾磨的铁粉与其他的合金组成的精细颗粒与绝缘材料涂层构成磁粉芯。铁粉颗粒周围的绝缘颗粒构成了铁粉芯的内在分散气隙。 （2）带气隙的铁氧体磁芯 Buck电路的电感具有一定的直流分量。若不开气隙，铁氧体磁芯极其容易饱和。开气隙后，闭合磁路的磁通将快速增大。由于空气的相对磁导率为1，且磁芯材料的相对磁导率为几千以上，所以，磁芯中的大部分能量将存储在气隙磁通中。 气隙降低了磁芯的有效磁导率，整个B-H曲线会倾斜，增大了饱和时的磁场强度H，磁芯不太容易饱和。图 1为不开气隙和开气隙的B-H曲线。 图 1 电感B-H曲线 通常我们会发现，大多数采用铁氧体的电感设计，其磁芯损耗仅为电感总损耗（线圈加上磁芯损耗）的5%~10%。但是若电感采用铁粉芯，则该值会增加到20%~30%。 一、电感：磁芯的饱和 当流过电感的电流（或磁场强度）大于一定值时，电感的磁芯可能饱和。当其饱和时，其感量会减小，并接近于0。 某反激电路的限流电阻上的电压波形如图 2所示（反激变换器中变压器的初、次级可以看成一对耦合电感）。从图中可以看出流经初级电感的电流波形。当电流增大时，电感逐渐饱和，电感量减小，从而导致梯形电流的波形的斜率增大。
1．电感量及允许误差 电感量系指产品技术规范所要求的频率测量的电感标称数值。电感以NH(纳哼）、（微哼）、MH(毫哼）为量值单位，误差细分为：W级（±0.05）；B级（±0.1）；C级（±0.25）；S级（±0.3）；D级（±0.5)；F级（±1%）；G级（±2%）；H级（±3%）；J级（±5%）；K级（±10%）；M级（±20%）；N级（±30%）。（精密误差为小容量，一般为10PF以下） 2．测试频率 用在DC-DC（升压降压电路）C转换的话，一般1K就可以了，主要测试它的额定电流值。如果是用的频率高一点的DC-DC电路就要用100K来测试了。如果是谐振电感就要在它指定的频率下测试，主要测试他的L值和Q值勤。如果是用在超高频率的电感则一般不用选定测试频率，比如从0-3GHz 只要看样品的插入损耗就可以了。看是不是能够满足电路特定频率的衰减要求。 3．直流电阻 直流电阻就是元件通上直流电，所呈现出的电阻，即元件固有的，静态的电阻。比如线圈，通直流电和交流电，它呈现的电阻是不一样的，通交流电，线圈除了直流电阻外，还有电抗作用，它反映的是电阻和电抗的合作用，叫阻抗。 4．最大工作电流 最大电流是指在在不影响设备安全状态下，所能承受的电流的一个极限值，一般只是允许短时间的出现，否则会引起设备损坏。电机的最大工作电流是电机可以长时间工作的工作电流，一般可以达到额定电流的1.2倍左右，一般由于设计功率计算不当而导致电机选择偏小，但是在超过额定功率的情况下电机可以持续工作，此时的工作电流是最大工作电流， 5．电感量的稳定性 电感器因为环境温度变化1℃所产生电感量的变化△L/△t与原有电感量L值的比值为电感的温度系a1,a1=△L/L*△t。除电感温度系数可决定其稳定性外，还应重视由于机械振动和时效老化所引起的电感量的变化。 6．抗电强度及防潮 对于有抗电强度要求的电感器要选用封装材料耐电压高的品种，一般耐压较好的电感器，防潮性能也较好。采用树脂浸渍、包封、压铸工艺都可满足该项要求。 7．焊盘或针脚 焊盘或针脚是选购和使用电感线圈不可忽视的重要方向，主要考核其拉力、扭力、耐焊接热和可焊性试验等，以保证焊接的可靠性。 对于贴片电感（SMD）一定要严格按设计的焊盘尺寸选购，带针脚的电感，一般无严格规定同参数和立式、卧式可互换，只是由于PC板安装位置限制而指定品种。 8．包装防护
功率电感器的啸叫原因以及有效对策 在笔记本电脑、平板电脑、智能手机、电视机以及车载电子设备等运行时，有时会听到"叽"的噪音。该现象称为"啸叫"，导致该现象出现的原因可能在于电容器、电感器等无源元件。电容器与电感器的发生啸叫的原理不同，尤其是电感器的啸叫，其原因多种多样，十分复杂。本文中将就DC-DC转换器等电源电路的主要元件——功率电感器的啸叫原因以及有效对策进行介绍。 功率电感器啸叫原因 间歇工作、频率可变模式、负荷变动等可能导致人耳可听频率振动 声波是在空气中传播的弹性波，人的听觉可听到大约20～20kHz频率范围的"声音"。在DC-DC转换器的功率电感器中，当流过人耳可听范围频率的交流电流以及脉冲波时，电感器主体会发生振动，该现象称为"线圈噪音"，有时也会被听成啸叫现象(图1)。 图1：功率电感器啸叫机制 随着电子设备的功能不断强化，DC-DC转换器的功率电感器也成为了噪音发生源之一。DC-DC转换器通过开关器件进行ON/OFF，由此产生脉冲状电流。通过控制ON的时间长度(脉宽)，可得到电压恒定的稳定直流电流。该方式称为PWM(脉冲调幅)，其作为DC-DC 转换器的主流方式获得广泛使用。 但DC-DC转换器的开关频率较高，达到数100kHz～数MHz，由于该频率振动超出了人耳可听范围，因此不会感受到噪音。那么，为什么DC-DC转换器的功率电感器会发出"叽"的啸叫呢? 可能的原因有几个，首先可能的是以节省电池电力等为目的，让DC-DC转换器进行间歇工作的情况，或将DC-DC转换器从PWM方式切换为PFM(脉冲调频)方式，在频率可变模式下运行的情况。图2所示为PWM方式与PFM方式的基本原理。 图2：PWM(脉冲调幅)方式与PFM(脉冲调频)方式
开关电源中电感的设计 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注于解释：电感上的DC 电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L（C 是其中的输出电容）。虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。 在降压转换中（Fairchild典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC 输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。 在状态1 过程中，电感会通过（高边“high-side”）MOSFET连接到输入电压。在状态2 过程中，电感连接到GND。由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式 实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“low-side”）MOSFET接地。如果是后 一种方式，转换器就称为“同步（synchronus）”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1 过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。相反，在状态2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。 我们利用电感上电压计算公式： V=L(dI/dt) 因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2 所示：
通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC 电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流： 其中，ton 是状态1 的时间，T 是开关周期（开关频率的倒数），DC 为状态1 的占空比。 警告：上面的计算是假设各元器件（MOSFET上的导通压降，电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降）上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。 如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精确计算： 同步转换电路： 异步转换电路：其中，Rs 为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。Vf 是肖特基二极管的正向压降。R 是Rs加MOSFET 导通电阻，R=Rs+Rm。
绕线电感器电感线圈的使用常识 使用电感线圈时，酋先要检查电感量是否符合要求。这可用电感测试仪来进行，它不但可以对电感量进行测量，而且对线圈的Q 值也可以进行测量。 线圈产生短路臣时，将会使损耗大大增加，甚至无法使用。线圈的短路臣应用线圈短路测试仪进行测量。 电感线圈在使用中，若没有专门的测量仪器，可用万用表进行简易的质量判断。可先用万用表电阻挡测量线圈的直流电阻，再与原确定的阻值或标称阻值相比较。如果测得的阻值为无穷大，则可断定线圈有断线;若测得的阻值小了很多，则可判定线圈有短路臣。这两种情况的出现，都可以判定线圈有质量问题，不能再使用。若检测的电阻与原确定或标称电阻相差不大，则可认为线圈的质量基本是好的。 有些线圈在使用时需要对电感量进行微调，常用的方法有:
①单层线圈微调方法。微调时改变线圈之间的间距，就可以改变电感量的大小O 对于应用于短波或超短被回路中的线圈，常在线圈的端部留出半圈作为微调，移开或折转这半圈即可改变电感量。 ②多层线圈的微调方法。对于想做调的多层线圈一般可将总圈数的20% - 30% 作为分段绕制，移动彼此之间的相对距离，即可微调电感量的10% - 15% 。 ③带磁心线圈的微调方法。可通过调节磁心在线圈的位置来改变电感量。 提高线圈Q 值所采取的措施如下: ①根据工作频率选择绕制线圈的导线。低频段工作的电感线圈应采用漆包线等带绝缘的导线绕制.对于工作频率在几十千赫至两兆赫之间的电感线圈，应采用多股绝缘导线绕制，以增加导体有效截面积，减少集肤效应的影响.可使Q 值提高30% - 40% 。对于工作频率高于 2MHz 的电感线圈，应采用单股粗导线绕制，导线的直径一般在0.3 - 1.5mm 之。 ②选用优质骨架.减少介质损耗。通常对于要求损耗小、工作频率高的电感线圈，应选用高频陶墅、聚囚氟乙烯、聚苯乙烯等高频介质材料做骨架。对于超高频工作的电感线圈，可用无骨架方式绕制。 ③选用带有磁心的电感线圈电感线圈中带有磁心时，可使线圈圈数及其电阻大大减少，有利于Q 值的提高内 ④合理选择屏蔽罩的尺寸。线圈加屏蔽罩后，会增加线圈的损耗，降低Q 值。因此，屏敝罩的尺寸不直过大和过小一般来说，屏蔽罩直径与线圈直径之比以1. 6-2.5 为宜，这样可使Q 值降低小于10%。
type：分类 chip ceramic inductor：陶瓷片式电感 external dimensions：外形尺寸 materials code：材质代号 nominal indutor;公??感量 example：例子 nominal val：公称值 nH：纳亨 inductance tolerance：电感公差 Hazardous Substance free products：无毒无公害产品bulk package：散装 tape reel：编带 T：?? F:散? Rated Current：?定?流 series：系列 slef resonant frequency：自振频率（自共振?率）DC resistance：直流电阻 tickness：厚度 inch：英尺 S,R,F:自振频率 DCR：直流电阻 Ir：额定电流 L：电感量 Q：品质因素 L/Q:测试频率率 test freq：测试频率 charateristic：特征 impedance：阻抗 Temp：温度 structure：?构 Monolithic：整块 light ： Ultra miniature size：尺寸极度微小 Polarity：极性 excellent solderability：极好的可焊性 radar detectors：雷达检测器 circuit current：电路，电流
small chip suitable for surface mounting：小型表面可装配FEATURES：features：特征=charateristic APPLICATIONS：application：应用 magnet wire：包漆线 tinnable magnet wire：直焊漆包线 Ferrite：铁 spec：说明 Isat：饱和电流 Irms：额定电流 BOBBIN：骨架 CLIP： BASE：底部 GLUE：胶 TIN：锡 TAPE：胶带 TUBE：管 RoHS：限制命令（不准使用有害物?） SMD:表面安装器件 HF：Hazard Free 无危险 Mohm：莫姆：欧姆的倒数 BOM：物料清单 DIP：双列直插式组装 DFMEA:失效后果分析 Diameter：直径 Increase增长 Overall diameter：外径 Termal class：耐热等级 *Chip bead：贴片磁珠 Common mode choke：共模电感 Coating：涂装 Material：材质 Core side：品名 Curie temperature：摄氏度(current,cicurit） *Initial permeability ：初始导磁系数 Flux den：磁感应强度 Loss：亏损 uH：微亨 Remanence：剩磁
1:线径的计算： 一般铜线截面积每平方mm取值5安培电流。（高频取4.95，低频取3.5.） 公式1：。公式2： 。r=半径。 例题： 假设铜线半径是1mm. 3.141×1=3.141×5A=15.705A电流。15.7A. =2.0mm铜线直径。 2: 峰值功率计算。 Pout = (Vout+Vf) Iout 1.2 3：初级峰值电流计算： IPmax = IPmin = KIP1 K为脉动电流，取值：0.4. 4：输入电流公式： ÷PF=Pin÷Vin=Iin。 3：肖特基的取值计算。 肖特基一般取输出电流的2-3倍。 匝比一般是10比1 输出峰值电压的计算： 〈（Vin(max)×）+80V〉÷n + Vout=峰值电压。 〈〔最大输入电压×〕＋80V〉÷匝比＋输出电压。 例题： 以输出5V为例： 〈〔最大输入电压264V×1.414〕＋80V〉÷匝比10＋输出电压5V。 峰值电压等于==50.32V. /*****************************************************************/ 开关变压器计算步骤： P-初级，S-次级，D-占空比，n匝比，L-电感量，f频率，η-效率, K-脉动电流。T-时间，ON-开,NP-初级匝数，IP 峰值电流。 AE-磁芯截面积，查磁芯表。Bm-磁通密度。单位-高斯。 /******************************************************************* 要求：输入电压《85-265V》。
最大占空比0.45左右。根据IC资料选择。 η-效率。0.75 Vout-输出电压。5V Iout-输出电流。2A f –开关频率。100K IC方案，选择7535. 10W /******************************************************************** 1：估算初级输入电流：I in ÷PF=Pin÷Vin=Iin。 /0.6=22.22/85=0.2614 A 根据输入电流计算输入线径： = 0.13mm1.2=0.156 输出线径; = 1.01579mm /*******************************************************************/ 1: Ton计算导通时间。 T:时间。T= = = 10us Ton = 100.45 =4.5us. 导通时间。 Toff = 10 0.55 = 5.5us. 截至时间。 /********************************************/ 2：算出初次级匝比. N = N = = = 14.131661 /********************************************/ 3：IP 峰值功率。 Pout = (Vout+Vf) Iout 1.2 = (5+1) 2 1.2 = 14.4W /********************************************/
电感分类——绕线贴片电感的参数 电感线圈是由导线一圈一圈地绕在绝缘管上，导线彼此互相绝缘，而绝缘管可以是空心的，也可以包含铁芯或磁粉芯，简称电感。用L表示，单位有亨利(H)、毫亨利(mH)、微亨利(uH)，1H=10^3mH=10^6uH。 一、电感的分类 按电感形式分类：固定电感、可变电感。 按导磁体性质分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。 按工作性质分类：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。 按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
二、电感线圈的主要特性参数 1、电感量L 电感量L表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。除专门的电感线圈（色码电感）外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。 2、感抗XL 电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL
3、品质因素Q 品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即： Q=XL/R 线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。 4、分布电容 线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。 三、常用线圈 1、单层线圈 单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。如晶体管收音机中波天线线圈。 2、蜂房式线圈 如果所绕制的线圈，其平面不与旋转面平行，而是相交成一定的角度，这种线圈称为蜂房式线圈。而其旋转一周，导线来回弯折的次数，常称为折点数。蜂房式绕法的优点是体积小，分布电容小，而且电感量大。蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制，折点越多，分布电容越小 3、铁氧体磁芯和铁粉芯线圈 线圈的电感量大小与有无磁芯有关。在空芯线圈中插入铁氧体磁芯，可增加电感量和提高线圈的品质因素。