电子元件-电感、磁珠
目录:
一、概述
二、尺寸大小
1、工字电感
2、贴片功率CD系列电感
3、一体成型电感
4、色环电感
5、共模电感
三、电流
四、Q值
五、DCR
六、屏蔽和非屏蔽电感
1、屏蔽电感
2、非屏蔽电感
七、电感与瓷珠的6大区别
八、变压器
1、恒压变压器
1)概述 2)磁饱和变压器的特点和用途
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一、概述
电感在应用中,主要参数有:尺寸;感值,用于和频率匹配;电流,超过了会烧掉;Q值,品质因数;DCR,直流电阻。
电感和磁珠外形接近,功能相似,很多人认为其都是“隔交通直”,实际上,不管是原理还是应用,电感和磁珠都有不小的区别。
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二、尺寸大小
1、工字电感
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2、贴片功率CD系列电感
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3、一体成型电感
它与其它功率电感一样,主要应用与DC电源转换、充电电源、继电器、差模滤波。与传统的电感器相比较,一体成型电感拥有以下优点:
1)体积小、贴片式封装,适合集成板电路
2)低耗损,低阻抗,寄生电容小。采用一体成型结构,坚实牢固,磁路封闭、具有良好的磁屏蔽性和EMI降噪性能
3)适用于大功率、大电流电路,可在高频环境(工作频率可达5MHZ以上)和高温环境下仍保持优良的温升电流及饱和电流特性。
4)采用的是磁性胶水涂敷结构,这样很大程度上减小了蜂鸣声音。
5)金属化电极是焊接在铁氧体磁芯上的,所以抗振动冲击强,经久耐用。
6)闭合磁路结构设计,减少漏磁,EMI降噪能力强
7)在同等体积尺寸的条件下,一体成型电感的电流比传统功率电感高出很多
一体成型与工字电感区别:
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4、色环电感
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5、共模电感
关于选型移步:抗干扰处理之二、电源传导干扰处理之2、共模电感与差模电感之5)器件选型。
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三、电流
额定电流,就是设计上允许通过的最大电流。电流本质上是一根漆包线,且直流电阻并不大,直接发热烧掉的情况是比较少的,因此额定电流并不是电感能通过的最大的直流电,而是最大可用电流。
绕线电感额定电流中,又有Isat和Irms两种。
电感的感值,会随着电流的增大而减小
Irms是温升电流,普遍标准为电感温度升到40摄氏度的时候的电流。电感内部的漆包线有电阻,有了电阻通过电流就会发热。这个额定电流就是电感能工作且不至于烧毁的最大电流。
Isat是饱和电流,磁通量饱和的时候的电流。电感里的电流太大之后,电感感量会下降,下降曲线和电感的结构有一定的关系。普遍设定电感感值下降20%的时候的电流为Isat。如果超过这个电流使用,电感的感量会继续下降,导致输出纹波增大,造成系统工作异常,或者电感烧毁。
根据电流来对电感进行选型的时候,一般选择Isat和Irms中比较小的一个。绕线电感的Isat和Irms有时候前者大一些,有时候后者大一些,叠层电容的Isat一般会比Irms小很多。
工程师选功率型叠层电感的时候,往往只看了Irms符合要求,但是Isat严重偏低,最终导致概率性烧电感的情况。
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四、Q值
Q值又叫品质因数,用来衡量电感在交流状态下的等效电阻。Q值越高,等效电阻越小,损耗越小。
绕线电感的Q值比叠层电感要高很多,例如0402的nH级的村田的绕线电感,Q值可以达到40左右,但0402普通品牌的nH级叠层电感,Q值一般也就10上下。
Q值高了,滤波器的带宽会变窄,但深度会加深,适合在固定频点上使用。对于射频电路来讲,精准的匹配网络,能够显著的提升射频性能和一致性,所以很多高端手机会在射频网络和天线匹配上使用高Q值的绕线电感。
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五、DCR
DCR,DC Resistor,电感能够通直流,但是还是有直流电阻的,这个直流电阻主要是电感线圈里那根长长的漆包线的电阻。而额定电流也是根据漆包线的电阻来变化的。
漆包线越长、感值越高、电阻越大、额定电流越低。
漆包线越粗、体积越大、电阻越小、额定电流越高。
别看毫欧级别的电阻很小,例如在150mR、1.2A电流下,也有0.2W的功率,集中在那么4*4mm的面积上,发热量其实不算小。
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六、屏蔽和非屏蔽电感
1、屏蔽电感
图6.1 CD系列屏蔽电感
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2、非屏蔽电感
图6.2.1 CD系列非屏蔽电感
图6.2.2 非屏蔽工字电感
图6.2.3 非屏蔽R棒形电感
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七、电感与瓷珠的6大区别
1、电感的磁材料是开放的,磁力线一部分通过磁芯,一部分通过空气。而磁珠的磁材料是封闭的,几乎所有的磁力线都封闭在磁环内,更“干净”。
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2、电感的单位是电感值(H),磁珠的单位是阻抗(欧姆),一般是100Mhz时的阻抗值。有个重要的事情是,即使参数相同的磁珠,其在滤波性能上也会有巨大差异。因为磁珠参数标注的是特定频点(120Mhz)的阻抗,即使这个频点阻抗相同,在其他频点的阻抗也会千差万别。
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3、磁珠的阻抗是电抗X和电阻R的共同作用结果,低频时X主导、高频时R主导,电感多用于低频段(50Mhz),而磁珠多用于高频滤波场景,R将会吸收噪声并转化为热,因此磁珠单位是欧姆。
4、电感的滤波原理是把电能转化为磁能,再把磁能重新转化为电能(噪声)或者辐射(EMI),而磁珠是将电能转化为热能,磁珠是更“干净”的滤波元件。
5、电感是储能元件,在滤波时可能会和电容自激;而磁珠是耗能元件(R),和电容协同工作时不会自激。
6、电感和磁珠都有额定电流参数,区别是当电流超过额定电流时,电感的有效感值会下降,而磁珠有可能会直接烧毁。
总之,电感工作在电抗远大于电阻的频段,此时电抗主要是感抗,其单位就是电感量H。由于电抗分量占主要成分,分量很小,所以电感主要是储能的作用了。
磁珠主要工作在电阻大于电抗的频段,电阻占主要成分,因此磁珠的单位是欧姆。由于电抗成分少,储能很少,所以我们说磁珠主要是通过电阻发热消耗能量的。
在选择磁珠时,我们要把目标放在高频段,仔细根据磁珠的阻抗频率曲线和目标噪声进行磁磁珠的选取。
本部分内容来自:www.dianyuan.com/eestar/article-1792.html
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八、变压器
1、恒压变压器
1)概述
又被称作磁饱和稳压器,具有交流稳压、抗干扰、电压变换、过流保护等多种功能,而且结构简单、经济可靠研制和生产周期短,便于维护使用,自它问世以来,立即受到各方面的重视,在计算机、机床、照明、矿山、交通、电信、电视灯电子设备的电源中已逐步等到推广应用。
磁饱和稳压器采用一个“日”字型铁芯,初级线圈在一个窗孔中,次级线圈和谐振线圈在另一个窗孔中。谐振线圈外接电容谐振频率与电源频率相近的谐振回路。谐振电容线圈可以和输出线圈分开设置,以便用增高振荡电压的方法来减少所需的电容量,特别是磁饱和变压器有低压多组输出的必要性就更大了。
当初级接通电源后,谐振回路起振,使次级铁芯浅饱和,形成一个恒定的交变磁场,其磁感应强度在一定范围内,基本不受输入电压变化的影响,于是次级线圈的感应电动势保持不变。在这种情况下,初级的输入电流只起补充能量的作用。
磁饱和稳压器的输出电压只与铁芯的磁性能参数和铁芯截面积有关,与初级与次级匝数比无关。其效率、体积重量与普通变压器相当,当铁芯材料比较好的时候,市电电压在160-250伏变化时,输出电压变化小于1.5%;当负载电流从满载到减半时,输出电压变化约1.5-4%,当输出短路时,输出电流上升约1倍,因此不怕长时间短路。
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2)磁饱和变压器的特点和用途
(1)结构简单、可靠性高
(2)电压稳定度高、稳压范围宽,在额定负载的情况下,当输入电压在额定值的±20%的范围内变化时,输出电压稳压精度可限制在±1%范围内,特别值得注意的是,磁饱和变压器的稳压范围与输出负荷量有关,当输出负荷减少时,稳定范围可相应加宽。
磁饱和变压器的稳定范围与负荷量有关,这一特点是任何其他形式的电子稳压器无法比拟的,这使它特别适用于电网电压波动大的场合。
(3)磁饱和变压器具有较强的抗干扰的能力
磁饱和变压器的电路形式实际善相当于谐振滤波器,据有低通滤波器的性能,可以抗几百到几万赫兹频率的干扰。
(4)具有普通变压器的功能:磁饱和变压器一普通变压器一样具有初次和次级隔离、变压、多组输出等功能
(5)输出功率保护:当磁饱和变压器的输出功率超出设计功率时,其输出电压就失去稳定功能,开始呈下垂特性,于此同时输入功率并不增加,但输出短路时,输出电压为零,输出电流小于额定输出电流的1.5-2倍,而输入电流不增加,磁饱和变压器长期短路不会烧毁。
缺点:
(1)批量产品一致性差
(2)输出特性差
(3)输出波形不好
(4)频率特性差
(5)温升高、噪音大
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