电感工作原理分析

电感基础知识介绍:电感是闭合回路的一种属性,是一个物理量。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。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗,也就是电感,单位是“亨利(H)”,以美国科学家约瑟夫•亨利命名。其实电感与电容是刚好是对偶的形式存在的,就是可以认为,很多性质,电 容与电感,完美的相反,对于实际的电感器,与电容器来说,外观差异是相当大 的,电感器,通常认为是带有铁心的线圈。

电感是会阻碍电流的变化的,阻交通直,通低频,阻高频,因为电感不仅涉及到电能,还有磁能,所以电感本身比较复杂,我们以实用为主,从实用的角度来认识电感。电感的感抗XL = 2πfL,其中f是电源的频率,L是电感的感量,当频率f大的时候,感抗就大,当频率f小的时候,感抗就小。所以对于高频信号来说,电感对高频信号的阻碍作用大,所以电感是通低频,阻高频的。而电感的感抗单位是Ω,很明显,电感也是阻碍电流流动的。

注意,电感是阻碍电流的变化,电路中的电流想要变大,那么电感就阻碍电流变大,电路中的电流想要变小,那么电感就阻碍电流变小,反正,不管电流是变大还是变小,电感总是阻碍电流变化,理想的电感不消耗能量,所以电感的很多特性都是阻碍电流变化而来的。实际使用中,电感选型我们要关注的内容

如上图所示:电感与电流大小的关系

通过上述我们可以知道,电感选型时候要关注电感的温升电流大小和感值相关关系的变化,所以选型设计时要留有冗余设计。温升电流和饱和电流大小的选取至关重要,特别是开关电源中一体成型的电感,受影响波动较大,对纹波影响也是巨大。

一般我们设计的小板中的板卡中,主要温升是来自电源的,然后一级电源一般都是常规使用的12V/24V,二级电源就是板卡上面的用来降压成5V,现有系统中使用的多是5V/3.3V/2.0V/1.8V/1.1/1.0V等等居多,三级电源一般使用LDO,不需要外置电感了,但是直接使用5V系统,如果纹波过大,会直接影响板卡正常工作,尤其有些芯片对纹波要求严格,范围过大,直接导致芯片停摆挂机了。

一般的电源芯片都有计算方式,推荐的感值也是尽量往大的推荐的,预算范围内可以按照推荐使用,正常的选取还是要根据使用场景来计算感值大小,这里不做赘述了。 

  饱和电流Isat一般是指电感值相对于初始值衰减30%(一些厂家是10%,40%)的偏置电流,电感一般都含有磁芯,特别是功率电感,磁芯是存在磁饱和的,由于磁芯材料自身的特性,其通过的磁通量是不可以无限增大的。通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加,不管你再增加电流或匝数,就达到磁饱和。此时就存在一个饱和电流,所以设计的时候不要让实际使用值超过饱和值。

个人感悟:

1. 选型电感关注封装,电流,感值以及使用场景的频率大小;

2. 实际使用电感发热也是影响效率的因素之一;

3. 选型多看规格书,电感多种参数是互相关的,参考只能作为参考,实际使用还得计算。

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