讀懂電感的規(guī)格與等效電路

-關(guān)于“最適合開(kāi)關(guān)電源的電容器與電感”，此前就電容器談了很多，接下來(lái)請(qǐng)您談一談電感。

我想電感是構(gòu)建開(kāi)關(guān)電源的重要元器件之一。然而，聽(tīng)說(shuō)包括電感在內(nèi)的磁性元器件很難弄懂。

的確，不擅長(zhǎng)磁性元器件的人不在少數(shù)。盡管如此，直到如今開(kāi)關(guān)電源也是必須項(xiàng)目，是無(wú)法避開(kāi)的。接下來(lái)，為加深大家對(duì)電感的理解，我將回答一些問(wèn)題。

-那么，應(yīng)該掌握的切入點(diǎn)是什么?

首先想介紹一下電感規(guī)格的讀法，雖然這是很基本的知識(shí)。最先想說(shuō)的是，即使是同一規(guī)格項(xiàng)目，規(guī)定該項(xiàng)目的條件也因產(chǎn)品和制造商而異，這種情況很普遍。同樣，比如針對(duì)同一規(guī)格項(xiàng)目，某制造商保證了最大值(Max.)和最小值(Min.)，而另一制造商則僅提出Typical值(typ/代表值/標(biāo)準(zhǔn)值)，類似這類情況混雜存在。因此，在電感選型和與類似品的比較探討時(shí)需要注意。

-也就是說(shuō)，需要仔細(xì)確認(rèn)規(guī)定條件對(duì)嗎?

的確如此。請(qǐng)不要忘記這一點(diǎn)，就是僅按提供的數(shù)值進(jìn)行比較的話，有時(shí)可能帶來(lái)嚴(yán)重后果。接下來(lái)我們來(lái)具體看一看。下表是我公司產(chǎn)品目錄的摘錄。

標(biāo)稱電感值當(dāng)然是必須項(xiàng)目。測(cè)量頻率如最后一列所示為100kHz，容許差為±30%。

自身諧振頻率是作為電感進(jìn)行工作的極限頻率。在這里保證了最小值。表示在不超出所記載最低限度的頻率范圍內(nèi)正常工作。

直流電阻是卷線電阻居主的電阻，這里作為條件標(biāo)明有±20%容許差。

額定電流是需要仔細(xì)確認(rèn)條件的項(xiàng)目之一。其中一項(xiàng)規(guī)定了直流疊加容許電流，該電感的情況下，表示直流疊加的電感值為-30%的電流值的最大值。不同的制造商/產(chǎn)品，其條件也不同(-10%～-30%)。

作為另一個(gè)額定電流，規(guī)定了溫度上升容許電流。規(guī)定了施加直流電流時(shí)的溫度上升達(dá)40℃的電流值的最大值，該項(xiàng)條件也因制造商/產(chǎn)品而不同(20℃～40℃)。

關(guān)于額定電流，還有一點(diǎn)需要注意。并非每個(gè)制造商/每種產(chǎn)品都提供直流疊加容許電流和溫度上升容許電流這兩項(xiàng)。一般來(lái)說(shuō)，僅提供其中一項(xiàng)時(shí)，可以認(rèn)為從額定角度規(guī)定了其中較小的一項(xiàng)，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)還是向制造商確認(rèn)一下比較好。

由于額定電流是重要的項(xiàng)目，因此我再稍微詳細(xì)說(shuō)明一下。下圖是表示直流疊加和溫度上升特性與最大值、typ值、余量的關(guān)系的圖。

以直流疊加容許電流為例進(jìn)行說(shuō)明。溫度上升容許電流的思路也是相同的。該例中的直流疊加容許電流是作為使直流電流增加、電感值為-30%、即降低30%時(shí)的電流規(guī)定的。不僅局限于電感，產(chǎn)品個(gè)體間一定會(huì)存在值的波動(dòng)。typ值就是其中一個(gè)代表性的值。保證值是規(guī)定所容許的最大值及/或最小值的值。因此，是對(duì)typ值具有余量的值。進(jìn)行實(shí)測(cè)的話，多數(shù)值是接近typ值的，但其中也包括接近最大值、最小值的個(gè)體。

確認(rèn)typ與最大值/最小值，即可清楚余量有多少。此外，對(duì)特性與規(guī)定條件進(jìn)行對(duì)比整理，可以看出來(lái)是在寬松條件下的規(guī)定還是在嚴(yán)格條件下的規(guī)定。

-順便問(wèn)一下，為什么各產(chǎn)品或制造商間對(duì)同一特性的規(guī)定條件會(huì)有不同?

原因不能一概而論，我想主要是對(duì)于應(yīng)用電路的性能要求和安全確保等，什么樣的條件最合適，各制造商的考量不同。當(dāng)然，還涉及到對(duì)產(chǎn)品的性能、特性、品質(zhì)、可靠性的級(jí)別定位、以及價(jià)格等條件。

-其他還有什么需要作為切入點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)的嗎?

除規(guī)格理解外，為了解電感的基本特性，還需要知道等效電路與各成分。講電容器時(shí)，介紹過(guò)ESR和ESL等寄生成分及其影響，電感同樣也有寄生成分。

使用等效電路進(jìn)行說(shuō)明。Rdc主要是卷線的直流電阻，也被稱為“銅損”。這是與電感串聯(lián)的成分。Rac主要是鐵芯材料的損耗，也被稱為“鐵損”。如電容與電阻所表示的，具有頻率特性。頻率高則阻抗下降，損耗增加。絕緣電阻是對(duì)應(yīng)于泄漏電流的直流電阻。電容是由于卷線被聚氨酯等薄膜絕緣，因此卷線與夾著絕緣物的導(dǎo)體、即電容器的構(gòu)造相同而產(chǎn)生的。該線間電容是主要電容，對(duì)諧振點(diǎn)有很大影響。

Q是表示電感性能的指標(biāo)。用R(Rac)除X(= ωL)的值表示對(duì)于頻率有多少損耗。由公式可知，當(dāng)R(Rac/鐵損)小時(shí)Q變大。

通過(guò)頻率與電阻/阻抗的圖表來(lái)表示電感的基本特性。這是6mm見(jiàn)方、高度2mm的4.7?F電感例。紅線為Rac/鐵損。藍(lán)線為阻抗，綠線為X(ωL)。

如前所述，由于具有電容，因此有諧振點(diǎn)。綠線X在諧振點(diǎn)之后的頻率表示電容器主體的特性，頻率越高阻抗越低。Rac隨頻率上升而增加。Rdc為直流(零Hz)時(shí)的Rac。

這是某電感的特性，而電感的材料和結(jié)構(gòu)不同，這些寄生成分也會(huì)發(fā)生變化。