电感量L – 单位:H, mH, μH, nH…
电感量L
电感量通常以字母’L‘标记,以纪念物理学家海因里希·楞次(Heinrich Lenz)。电感的单位是亨利(Henry),标记为’H‘,以纪念科学家约瑟·亨利(Joseph Henry)。
电感量不是一个恒定值,它会随着电路里电压频率的变化而变化,严谨一点来讲,电感量L应该称作’在某一频率的电感量‘更为贴切。
常见电感器的测试频率:
高频电感器:100MHz•功率电感器:100KHz•磁珠:100MHz
电感器经过电路里电压的频率为0的时候,即通过直流(DC)的时候,不表现出任何电感属性(感抗),仅相当于一根把线圈拉直的导线。电感器的‘通直流、阻交流’作用指的就是这个意思。
电感量L与电感器物理参数的经验公式(功率电感适用,低频范围内较为稳定):
k:长冈系数(k)是由物理学者长冈半太郎博士引进的,是对线圈形状的修正系数。在截面积的半径为r、长度为l的线圈中,长冈系数为如下图表所示。2r/l=0为无限长的线圈,其长冈系数为1,有限长度的线圈不足1。意思是如果截面积相同,则长度越短电感越低。
μ:芯体的磁导率(芯体聚集磁力线的强度)
n:线圈的匝数
S:线圈的截面积(磁力线经过的面积)
l:线圈的长度
Tips:如果是同一系列的电感器,由于材料和尺寸是一样的,对电感值起决定因素的就是线圈的匝数n,而且是平方比的关系。
电感量的单位和换算关系
电感量的单位是亨(H),其各衍生单位之间的换算关系如下:
即:H、mH、μH、nH之间的换算关系是10的三次方=1000倍的关系。
高频电感多以nH来标识,功率电感多以μH来标识。
常见、常规、常用的电感量
高频电感:E24系列里选取
功率电感:E6系列里选取
需要注意的是,E系列数字小数点可以移位,如:1.0,1.5,3.3,4.7,6.8照样属于E6系列。
即使原厂规格书里面存在的一些特殊电感量(脱离E系列数字的电感量),尽量谨慎选取,以免量产时拿不到货。
什么是E系列数字
E系列数字
E系列最早是在1948到1950年之间提出的,其扩展版本为国际标准IEC 63(后来改名为IEC 60063)是国际电工委员会(IEC)在1963年所提出,是针对电阻器、电容器、电感元件及齐纳二极管的标准。
E系列(E-series)是电子学中常用的从优数,包括E3、E6、E12、E24、E48、E96及E192等系列。
E系列是将1到100之间的数字分为3段、6段、12段、24段等。分段的目的是确保任意数字都可以找到对应的E系列数字,和其误差在±40%、±20%、±10%、±5%等范围内。
从上图可以看出,E12系列数字刚好可以把相邻两个数字控制在±10%公差范围内。
该系列数字仅是以1~100之间的数字做定义,任意移动小数点的位置照样属于该系列数字。举例:
标准E6序列:10,15,22,33,47,68
小数点左移E6序列:1.0,1.5,3.3,4.7,6.8
小数点右移E6序列:100,150,220,330,470,680
直流电阻DCR – 单位:Ω,mΩ…
电感器的直流电阻(DCR)就是线圈本身的电阻。
直流电阻单位是欧姆(Ω),其各衍生单位之间的换算关系如下:
直流电阻(DCR)的期望值是越小越好,然而需要根据尺寸做出相应的妥协(尺寸越小、线径越细、则DCR越大)
直流电阻(DCR)的存在会使电感器在使用时产生相应的损耗,这种损耗会以发热的形式耗散掉,简单的计算方式如下:
•Plose:DCR带来的功率损耗,单位是瓦(W)•I:电感器通过的等效直流电流•DCR:电感器的直流电阻
DCR是与电感器基于温升的额定电流Irms相关的参数,因为温度上升本身就是功率损耗(Power Loss)所造成的,DCR越大则Irms越小。
温升电流Irms – 单位:A,mA…
电感器的温升额定电流是衡量其额定电流的一种方案,以避免电感器本身温度过高而导致损坏。
电感器的温升额定电流一般标示为Irms,虽然’rms‘的本意并不是指温度上升。
Irms的常见单位是安培(A),其各衍生单位之间的换算关系如下:
既然Irms是衡量电感器的温度上升的额定电流,那么它会造成电感器温度上升多少呢?或是说电感器本身温度上升多少所对应的电流才是Irms电流呢?
大多数厂商是的定义标准:ΔT=40°C,即电感器温度上升40°C时所通过的电流。
也有少数厂商定义为其它温度值,具体请仔细阅读厂商提供的规格书。
什么是方均根rms
方均根(Root Mean Square,缩写为 RMS),是2次方的广义平均数的表达式,也可叫做2次幂平均数。其计算公式是:
在连续函数f(x)的区间[a,b]内,其方均根定义为:
Irms:方均根电流
Vrms:方均根电压
以常见的正弦波(Sine Wave)为例,Vrms刚好等于峰值VPK的√2/2=0.707倍
饱和电流Isat – 单位:A,mA…
电感器的饱和电流是衡量其额定电流的另一种方案,以避免电感器本身电流过大而导致饱和,从而丧失了电感的能力。
给一个电感器通上电流,其电感量会随着电流的增加而下降,从而逐渐失去电感特性。
大多数厂商是的定义标准:Ldrop=30%,即电感器电感量下降30%时所通过的电流,如下图所示:
也有一些厂商定义为其它的下降百分比,具体请仔细阅读厂商提供的规格书。
Tips:有些时候,规格书上写的饱和电流很大,实际上只是在定义上做了手脚哦,一定要仔细阅读规格书上的定义标准。
额定电流IR – 单位:A,mA…
额定电流IR一般是取温升电流和饱和电流中的较小者,即:
自谐频率S.R.F. – 单位:Hz,KHz,MHz…
讲到了电感量会随着电路中电压频率的变化而变化,如果我们不断增加频率,在达到某个频率后,电感器就会突然失去电感属性,即电感量突然大幅下降到0,这个频率点我们就称之为自谐频率(Self-Resonant Frequency),简称S.R.F.
这点也不难理解,想象一下不断增加频率的话,波形会无限接近直流,而电感器本身就是对直流没有电感属性的。
•SRF频率点的电感量:0•SRF频率点的阻抗值:达到最大值
电感器仅在其自谐振频率 (SRF) 范围内充当电感器。在 SRF 处,阻抗变得非常高,电感器可以用作扼流圈来衰减 SRF 附近的信号。
阻抗值Z – 单位:Ω,mΩ…
当电感器用做磁珠用途的时候,会在规格书上标注阻抗值Z。
磁珠也是电感器的一种,只是平时电感器不标注阻抗值Z,而磁珠标注阻抗值Z,二者物理结构上没有区别。某些情况下,电感器可以当做磁珠使用。
6. 电感器的选型
高频电感
高频电感选型重点关注如下方面:
1.尺寸2.电感量精度(公差)3.Q值
选型时尽量谨慎,调试完成后如果需要更换成另一个品牌,或同品牌另一个系列、型号,一定要重新测试验证,否则可能造成信号减弱或丢失。
功率电感
功率电感选型重点关注如下方面:
1.尺寸
2.额定电流
选型时不需要太谨慎,一般情况下不同品牌之间只要焊盘相同或接近,即可替换。但是本着严谨的态度,更换品牌还是建议先进行验证。
磁珠
磁珠选型重点关注如下方面:
1.阻抗vs频率曲线
2.额定电流