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电感基本知识培训 1 一 电感的定义 特性及应用1 什么是电感 2 Inductance电感 电感值 3 标准的电感值公差表示 4 电感的一般作用 5 电感测量注意事项 二 材质 CORE 介绍三 各类电感简介四 电感器常用语表 2 一 电感的定义及特性 1 什么是电感 在一导线中 流通电流 其周围产生磁场 利用其磁场 将能量储存于内部 该元器即为 电感 3 2 Inductance电感 电感值 一电路之特性 能抑制流经之电流的改变 此电感值会受铁芯材质 铁芯之形状及尺寸 绕线的圈数及线圈的形状所影响 电感的标准单位为亨利 Henry 用字母H表示 电感的符号用L表示 2 1 相关公式 L AL N说明 AL 电感系数 nH N N 绕线圈数 Ts L 电感 H 2 2 单位换算 1H Henry 1000mH Millihenry 1000000uH Microhenry 1000000000nH Nanohenry 2 2 4 3 标准的电感值公差通常用字母来表示 如下 4 电感的一般作用 扼流 匹配 储能 变压 滤波 谐振5 电感测量注意事项 电感数值是衡量产品的重要的特性的电气参数 电感的测试条件应和变压器或电感器的工作条件相一致 由于变压器铁芯磁化曲线的非线性 当频率 交流电压 直流磁化电流变化时 铁芯的有效导磁率也随着变化 从而引起电感的变化 测试电感时必须具备以下条件 a 测试频率 b 变压器或电感器两端交流电压 c 直流磁化电流 当有进直流磁化时 因测试的电阻的数值的大小不同 测试的方法分为两种 当产品的电阻数值大于1K 时测试的方法采用并联测试 而产品的电阻小于1K 采用串联测试 5 二 材质 CORE 介绍硬磁 磁铁 已有极性N S排列 磁性镍钢材金属合金硅钢料纯铁 IRON Maganetic 铝铁软磁非晶质材锰锌 Mn Zn 镍锌 Ni Zn 铁氧磁体 Ferrite 镁锌铜锌硅钢 IRON 锰锌及镍锌为较普遍使用之磁性材料 以下各别说明 硅钢 一般制成EE或EI片 其堆栈成型 大大减少涡流损失 且高磁通藕合效果情况下 目前均使用于交流 AC 变压器上 AC110V 220V降为 24V 12V或 9VAC IRON 为压粉铁芯 顾名思义为铁粉 经模铸高压力成型后 约10几吨重力 再以低温 2000C 烧结定型 以环形居多 6 由于本体导电 故最终仍需涂装 Coating 绝缘 但其电气特性 外观 尺寸及涂装颜色 其材质以数字代码且每种材质涂装颜色亦不同 故可轻易从外观判别 较常使用的材质为52材 26材 18材及08材 52材 本体先涂装绿色后 再单边涂装蓝色26材 本体先涂装黄色后 再单边涂装白色18材 本体先涂装绿色后 再单边涂装红色08材 本体先涂装黄色后 再单边涂装红色由于IRON俱有高磁通饱合能力 可承受10A以上大电流 随着工艺和产品结构的不断改进 部分产品可以承受30A以上的电流 甚至更大 承受电流能力为 08材 18材 52材 26材价格为 08材 18材 52材 26材 7 目前市场压粉铁芯除IRON外 另有MPP等 其承受电流能力及温度特性均较IRON佳 但由于价格昂贵 价格 MPP IRON 两者相差5倍左右 除非在不得己情况下使用 否则一般均以IRON设计 外观颜色 MPP 白色 蓝色 灰色 8 Mn Zi Ni Zi 锰锌及镍锌CORE为目前电感器广泛使用之铁氧体 其制程为粉末 赤红 经造粒 筛选后 模铸成型 送至氮气炉900 高温烧结定型 锰锌烧结温度更高 且氮气炉不同 其最终颜色为黑色 一般形状以环形 工字形 DR型 磁珠型及圆柱型居多 锰锌 由于会导电 故仍需以Epoxy 环氧树脂 涂装 防止因绕线刮伤漆包线而与CORE导通 造成短路 镍锌 本身不会导电 所以不需要涂装 有时为了不刮伤漆包线也会涂装 外观即可判别 黑色 目前锰锌涂装颜色 并无一定标准 依照各厂商自行自订 较常见为绿色 另有一种最新涂装方式 分子滚动涂装 其颜色为透明且厚度薄 涂装 一般使用于小型环状锰锌CORE上 i为导磁率 即导引磁力线束之能力或效率 不同材质的CORE其 i皆不同 9 锰锌的导磁率最高 i 1000 20000 其次为镍锌 i 20 1800 最低为IRON i 200以下 CORE本身有一特性 即材质导磁率 i 愈高 则工作频率范围 即频宽 愈小 锰锌工作频率在400KHZ 赫兹 以内 故一般以电源 频率较低 噪声处理 或变压来使用 而镍锌则由于 i较低 故可以使用于更高的频率范围 可达MHZ以上 在工作电流大小而言 即耐流特性 以IRON最高 锰锌次之 而镍锌较低 价格方面 同一尺寸 形状下 锰锌 镍锌 IRON故在实际的应用电路上 如何选择适当的材质 即工作在CORE频率范围内 最大工作电流不超过CORE额定 SIZE较小 价格便宜 则相当重要 10 三 各类电感简介1 工字型电感挡板 边 有效加强储能能力 改变EMI方向和大小 亦可降低RDC 它亦可说是讯号通讯电感跟POWER电感的一种结合 贴片式的工字型电感主要用于几百kHz至一两个MHz的较小型电源切换 如数码相机的LED升压 ADSL 等等的较低频部份的讯号处理或POWER用途 它的Q值有20 50左右 做为讯号处理颇为适合 RDC低 作为POWER也是十分好用 当然 很大颗的工字型电感 那肯定是POWER用途 工字型电感最大的缺点 仍是开磁路 有EMI的问题 2 色环电感色环电感是最简单的棒 工字 形电感的加工 主要是用作讯号处理 本身跟棒 工字 形电感的特性没有很大的差别 只是在本体表面用环氧树脂涂装 和加上一些颜色方便分辨感值 因单价十分便宜 现时比较不注重体积 以及仍可用插件的电子产品 使用色环电感仍然很多 因为是插件式 而且太传统了 被时代淘汰是时间早晚的事 11 3 空芯电感空心电感主要是讯号处理用途 用作共振 接收 发射 等等 空气可应用在甚高频的产品 故此很多要求不太高的产品仍在使用 因为空气不是固定线圈的最佳材料 故此 在要求越来越严格的产品趋势上 发展有限 4 环形线圈电感环形线圈电感 是电感理论中很理想的形状 闭磁路 很少EMI的问题 充分利用磁路 容易计算 几乎理论上的好处 全归环形线圈电感 可是 有一个最大的缺点 就是不好绕线 制程多用人工处理 但用机器的话 环形绕线的竞争力 仍有待做机械和电子控制的工程师来提升 环形线圈电感虽然是电感中很理想的形状 但因为主要是人工绕线 作为讯号处理 因为要求较高 所以比较少用 但很小很小的环形线圈电感 却仍是用量十分大 主要是用在高频 高感的通讯产品上 环形线圈电感最大量的 是用铁粉芯作材料 跟树脂等混在一起 使得Airgap均匀分布在铁粉芯内部 做电感的 有一定的敏感度 当我们看到Airgap二字 就知道是用在power上 因此 铁粉芯环形线圈电感 是power电感最常用的一种 IDC可以达到10多安培 铁粉芯环形线圈电感的优点是环形 但缺点亦是环形 使用者最喜欢的形状是方形 因此 环形线圈电感并不是最具优势 12 5 绕线片式陶瓷电感电感采用陶瓷材料制成 为绕线结构 具有高Q值 高自谐频率 高精度的特点 端头镀金 也有镀锡 具有良好的焊接性能 通讯设备的高频线路 移动电话 如GSM CDMA PDC等制式 蓝牙 无线网卡都有使用 6 贴片叠层高频电感贴片叠层高频电感 其实就是空心电感 特性完全相同 不过因为容易固定 可以小型化 贴片叠层高频电感跟空心电感比较 因为空气不是好的固定物 但空气的相对导磁率是一 在高频很好用 事实 世间绝大部份的物质 对导磁率都是一 最便宜的就是石头 贴片叠层高频电感的材质就是石头 石头就是硅 三氧化二铝等等的材质 也是一样的用意我们不单不希望贴片叠层高频电感的材质有特性 我们希望它完全没有特性更佳 使得贴片叠层高频电感特性完全像空心线圈 而且因为能固定 所以变异很小很小 在制程上 更可以尽量小型化 相同的阻抗 频率越高 代表电感值可以越小 现时通讯产品的频率就是越来越高 这代表 感值需求越来越小 感值越小 代表我们可以做得更小颗 更不用高导磁率的磁性材料 用空气 用石头就可以了 所以 贴片叠层高频电感的使用量一定会越来越大 贴片叠层高频电感跟贴片绕线式高频电感的比较 贴片叠层高频电感的Q值不够高 是最大的缺点 另外 因为高频产品的变异要求十分严格 所以 材质对温度的变化 也是台湾和中国大陆生产的贴片叠层高频电感 尚无法跟日系强烈对抗的重要原因 最后 因为感值会越来越小 精准度要求越来越高 贴片叠层高频电感会取代贴片绕线式高频电感 13 塑封电感电感采用铁氧体材料制成 为绕线结构 表面贴装产品 具有优良的焊接 低直流电阻和高额定电流的性能 适用于大电流线路 磁芯外封装塑料壳 有较好的耐热性和防震抗压功能 应用于数码照相机 硬盘驱动器 液晶显示器 汽车电子等小型化电子设备 14 磁棒电感磁棒电感是空心电感的加强 电感值跟导磁率成正比 装磁性材料进空心线圈 电感值 Q值 等等都会大为增加 磁棒电感是最简单 最基本的电感 30年到100年前 电感有什么应用 它就有什么应用 SMD贴片功率电感SMD贴片功率电感最主要是强调储能能力 以及LOSS要少 表面安装型 具高饱和磁通密度 适用于大电流工作 编带包装 便于自动贴片作业 机械强度 耐热性优良 能承受回流焊时的温度变化与外力作用 具有小型化 高储能 低阻值等特点 是运用于PDA DC DC转换器 笔记本电脑 耐大电流产品上的理想电感器 用途 广泛用于汽车音响 卫星接收机 录影机 液晶电视 手提电话 笔