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什么是电感？

当导线通过交流电流时，电感在导线内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与产生该磁通的电流之比。

当电感通过直流电流时，周围只有固定的磁线，不随时间变化；但当交流电流通过线圈时，磁线会随时间变化。根据法拉哥电磁感应定律——磁生电分析，线圈两端变化的磁线会产生感应电势，相当于新电源。当形成闭合电路时，感应电势会产生感应电流。根据波纹定律，感应电流产生的磁线总量应尽量防止原磁线的变化。由于原始磁线的变化来自于外部交变电源的变化，电感线圈具有防止交流电路中电流变化的特点。电感线圈具有与机械惯性相似的特性。它在电学上被称为自感应。通常在打开闸刀开关或打开闸刀开关产生火花，这是由高感应电势引起的。

总之，当电感线圈连接到交流电源时，线圈内的磁线会随着电流的变化而不断变化，导致线圈不断产生电磁感应。由线圈本身电流的变化引起的电势 ，称为自感电动势。

由此可见，电感量只是与线圈数量、尺寸、形状和介质有关的参数，是电感线圈惯性的量度，与外部电流无关。

电感符号：L

电感单位：亨 (H)、毫亨(mH)、微亨 (uH)，纳亨(nH) 1H=103mH=106uH=109nH。

电感标称:直标、色环标、无标

电感方向：无方向

检查电感的好坏方法：用电感测量仪测量其电感；用万用表测量其通断，理想的电感电阻很小，几乎为零。

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电感的分类

根据形式、磁体性质、工作性质、绕线结构、工作频率、结构特点，可分类如下：

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电感的作用

基本功能：滤波、振荡、延迟、陷波等

形象说法：通直流，阻交流

详细说明：在电子线路中，电感线圈对交流有限，可与电阻器或电容器形成高通或低通滤波器、移相电路和谐振电路；变压器可进行交流耦合、变压、变流和阻抗变化。

由感抗XL=2πfL 知道，电感L越大，频率F越高，感应阻力越大。电感器两端的电压与电感L成正比，也与电流变化速度成正比△i/△t成正比

电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。

电感在电路中最常见的作用是与电容器一起组成LC滤波电路。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流”的功能。如果直流电伴有许多干扰信号，则通过LC滤波电路（如图所示），交流干扰信号将被电容器消耗成热能；当纯直流电流通过电感时，交流干扰信号也变成磁感和热能，高频率最容易被电感阻抗，从而抑制高频干扰信号。

图1 LC滤波电路

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电感特性参数

4.1、电感量L

电感L表示线圈本身的固有特性，与电流大小无关。除了特殊的电感线圈(色码电感)外，电感一般不是专门标在线圈上，而是以特定的名称标注。

4.2、感抗XL

电感线圈阻碍交流电流的大小XL，单位是欧姆。它与电感L和交流频率F有关XL=2πfL

4.3、品质因素Q

质量因素Q是线圈质量的物理量，Q为感抗XL与其等效电阻的比值，即：Q=XL/R。线圈的Q值越高，电路的损耗就越小。线圈的Q值与导线的直流电阻、骨架的介质损失、屏蔽罩或芯造成的损失、高频皮肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常是几十到几百。使用磁芯线圈，多个粗线圈可以提高线圈的Q值。

4.4、分布电容

线圈匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底板间的电容称为分布式电容。分布式电容的存在降低了线圈的Q值，降低了稳定性，因此线圈的分布式电容越小越好。分布式电容可以通过分段绕组来减少。

4.5.允许误差：电感实际值与标称值之差除以标称值的百分比。

4.7.标称电流：指线圈允许通过的电流，通常使用字母A、B、C、D、E标称电流值分别为50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

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常见的电感介绍

5.1 片状电感

电感量：10NH～1MH

材料：铁氧体 绕线型 陶瓷叠层

精度： J=±5% K=±10% M=±20%

尺寸： 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210=3.2mm*2.5mm

个别示意图：

贴片绕线电感

贴片叠层电感

5.2 功率电感

电感量：1NH～20MH

带屏蔽，无屏蔽

尺寸：SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105；RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124；CD43/54/73/75/104/105；

个别示意图：

贴片功率电感

屏蔽功率电感

5.3 片状磁珠

种类：CBG（普通型） 阻抗：5Ω～3KΩ

CBH（大电流） 阻抗：30Ω～120Ω

CBY（尖峰型） 阻抗：5Ω～2KΩ

个别示意图：

贴片磁珠

规格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(贴片磁珠)

大电流磁珠的贴片

规格：SMB302520/SMB403025/SMB853025(大电流磁珠贴片)

5.4 插件磁珠

5.5 色环电感

电感量：0.1uH～22MH

尺寸：0204、0307、0410、0512

豆形电感：0.1uH～22MH

尺寸：0405、0606、0607、0909

精度：J=±5% K=±10% M=±20%

精度：J=±5% K=±10% M=±20%

插件色环电感读法：标记同色环电阻

5.6 立式电感

电感量：0.1uH～3MH

规格：PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

5.7轴向滤波电感

规格：LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019

电感量：0.1uH-10mH。

额定电流：65mA~10A。

Q值高，价位一般较低，自谐振频率高。

5.8 磁环电感

规格：TC3026/TC3726/TC4426/TC5026

尺寸（单位mm）：3.25~15.88

5.9 空气芯电感

空气芯电感为了取得较大的电感值，往往要用较多的漆包线绕成，而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响，要采用线径较粗的漆包线。但在一些体积较少的产品中，采用很重很大的空气芯电感不太现实，不但增加成本，而且限制了产品的体积。为了提高电感值而保持较轻的重量，我们可以在空气芯电感中插入磁心、铁心，提高电感的自感能力，借此提高电感值。目前，在计算机中，绝大部分是磁心电感。

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电感在开关电路中的作用

电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。电感的"通直阻交"特性，让其在电路中能够发挥巨大的作用。电感多被用在储能、滤波、延迟和振荡等几个方面，常见的有功率电感、贴片电感等等。

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" 集中" 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。

6.1、可饱和电感随电流变化的关系

因为，有气隙和无气隙的dB/di磁路的计算方法不同，所以，分别对两种情况进行讨论。

　　6.1.1 无气隙可饱和电感与电流的关系

　　无气隙可饱和电感L随电流变化的关系可用式（2）表示。

　　L=（W2S/l）f（WI/l） （2）

　　式中：W为电感绕组匝数；

　　I为激磁电流；

　　f为电感用磁性材料B～H曲线的对应函数；

　　S为磁性材料的截面积；

　　l磁性材料的为平均长度。

　　6.2.2 有气隙可饱和电感与电流的关系

　　任意给定一个导磁体磁路中磁感应强度B1，可由B=f（H）曲线求出导磁体磁路中的磁场强度H1。气隙中的H0值可用式（3）表示。

　　H0=B1/μ0==ab/［μ0（a+I0）（b+l0）］B1（3）

　　式中：B0为空气隙磁感应强度；

　　a和b为磁路矩形截面积边长；

　　l0为气隙长度；

　　μ0为空气磁导率。

　　由磁路定律得I=（H1l+H9l0）/W。改变B值并重复上述步骤，可求出相应的I，得到一组B和I的关系数据。设这个B与I对应的函数为B=f1（I）。

　　在不考虑漏感时，电感的计算式可用式（4）表示。

　　L=（Wdφ）/dI=WS（dβ/dI） （4）

　　式中：φ为磁路磁通量。

　　则有气隙可饱和电感与电流的关系为

　　L=WSf1（I） （5）

6.2 饱和电感在开关电源中的应用

6.2.1 尖峰抑制器

开关电源中尖峰干扰主要来自功率开关管和二次侧整流二极管的开通和关断瞬间。具有容易饱和，储能能力弱等特点的饱和电感能有效抑制这种尖峰干扰。将饱和电感与整流二极管串联，在电流升高的瞬间，它呈现高阻抗，抑制尖峰电流，而饱和后其饱和电感量很小，损耗小。通常将这种饱和电抗器作为尖峰抑制器。

在图2所示电路中，当S1导通时，D1导通，D2截至，由于可饱和电感Ls的限流作用，D2中流过的反向恢复电流的幅值和变化率都会显著减小，从而有效地抑制了高频导通噪声的产生。当S1关断时，D1截至，D2导通，由于Ls存在着导通延时时间Δt，这将影响D2的续流作用，并会在D2的负极产生负值尖峰电压。为此，在电路中增加了辅助二极管D3和电阻R1。

                                                    图2

6.2.2 磁放大器

　　磁放大器是利用可控饱和电感导通延时的物理特性，控制开关电源的占空比和输出功率。该开关特性受输出电路反馈信号的控制，即利用磁芯的开关功能，通过弱信号来实现电压脉冲脉宽控制以达到输出电压的稳定。在可控饱和电感上加上适当的采样和控制器件，调节其导通延时的时间，就可以构成最常见的磁放大器稳压电路。

　　磁放大器稳压电路有电压型控制和电流型控制两种。图3所示为电压型复位电路，它包括电压检测及误差放大电路，复位电路和控制输出二极管D3，它是单闭环电压调节系统。

                                                图3

图4所示为移相全桥ZVS-PWM开关电源磁放大器稳压器。全桥开关电路变压器二次双半波整流各接一个磁放大器SR，其铁心绕有工作绕组和控制绕组。在正半周，当某输出整流管正偏（另一输出整流管反偏），变压器副边输出的方波脉冲加在相应的工作绕组上，使SR铁心正向磁化（增磁）；在负半周，该输出整流管反偏，和控制绕组串联的二极管D3正偏导通，在直流控制电流Ic的作用下，使该SR的铁心去磁（复位）。

           图4 移相全桥ZVS-PWM开关电源磁放大器稳压器

控制电路的工作原理是：开关电源输出电压与基准比较后，经误差放大控制MOS管的栅极，MOS管提供与输出电压有关的磁放大器SR的控制电流Ic。

6.3 逆变电源

　　逆变电源以其控制性能好，效率高，体积小等诸多优点，被广泛用于自动控制，电力电子及精密仪器等各个方面。它的性能与整个系统的品质息息相关，尤其是电源的动态性能。由于逆变电源自身的特点，其动态特性一直不够理想。

　　采用PWM和PFM控制的逆变电源，其工作原理决定了要得到平滑的电流电压波形，必须在其输出电路上加续流电感，而该电感正是影响逆变电源动态性能的主要因素。对于恒压源，电感电流与负载完全成反比关系；对于可控恒流源，要使电感电流由小变大，必然要以小的负载值作为前提，尽管不是完全的对应关系，但可以说电流的变化在某种程度上反映了负载的变化。

　　因此，采用随电流增大而减小的电感作为逆变电源的输出电感，可有效地改变电源输出电路的时间常数T，使其完全与R成反比（T=L/R），进而在负载变化范围内维持在一个相对较小的数值上，这样自然会提高动态性能。

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电感和磁珠的区别

电感跟磁珠应当说是两兄弟，很多人一直认为它们都是“通直阻交”，很容易混在一起。正所谓：一母生九子，九子各不同。其实电感和磁珠还是有很大区别的。

电感的单位是享，型号也是用电感值来命名的，如：GZ2012-100指2012（0805）封装10uH的电感；

磁珠的单位是欧，一般磁珠的型号都是用100MHz时的电阻值来命名的，需要注意的是这里是电阻值，而不是等效感抗。比如：JCB201209-301，是指2012（0805）封装100MHz时阻值为300欧的磁珠。

磁珠本身理论上是耗能元件，电感理论上是不耗能的。这是两类元件理论上的最大区别。电感的磁材是不封闭的，典型结构是磁棒，磁力线一部分通过磁材（磁棒），还有一部分是在空气中的；而磁珠的磁材是封闭的，典型结构是磁环，几乎所有磁力线都在磁环内，不会散发到空气中去。磁环中的磁场强度不断变化，会在磁材里感应出电流，选用高磁滞系数和低电阻率的磁材就能把这些高频能量转换成热能，进而消耗掉。而电感则相反，要选低磁滞系数和高电阻率的磁材，以尽可能的使电感在整个频带内呈现一致的电感值。所以，结构和磁材的差异决定了磁珠和电感的本质差异。

电感主要应用在开关电源以及谐振、阻抗匹配及特殊滤波等场合，而磁珠主要用于防止辐射，对EMC的改善要远优于电感。

磁珠把高频消耗掉了，而且没有对外的“磁泄漏”，而电感则因为磁材不封闭，会把大量的高频信号传到外部空间，引起EMI问题。

磁珠通常推荐应用在电源或信号线上来增强去耦效果，但在地之间的使用时一定要小心，特别是会有大能量干扰信号流过磁珠的应用场合。

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电感使用注意事项

8.1 电感使用的场合

潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性，还是阻抗特性等，都要注意。

8.2 电感的频率特性

在低频时，电感一般呈现电感特性，既只起蓄能，滤高频的特性。

但在高频时，它的阻抗特性表现的很明显。有耗能发热，感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性都不一样。

下面就铁氧体材料的电感加以解说：

铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金，这种材料具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时他们主要程电感特性，使得线上的损耗很小。在高频情况下，他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由他的电阻特性决定的。

8.3 电感设计要承受的最大电流，及相应的发热情况。

8.4 使用磁环时，对照上面的磁环部分，找出对应的L值，对应材料的使用范围。

8.5 注意导线（漆包线、纱包或裸导线），常用的漆包线。要找出最适合的线经。

 

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