电源设计技术信息网站

订阅电子杂志   English   繁體中文   日本語   한국어

下载中心

来自工程师的声音

最适合开关电源的电容器与电感

读懂电感的规格与等效电路

电感篇 -其1-

关键词
  • 电感
  • 功率电感
  • 电感规格
  • 标称电感值
  • 自身谐振频率
  • 直流电阻
  • 额定电流
  • 直流叠加容许电流
  • 温度上升容许电流
  • 电感等效电路
  • 寄生成分
  • 直流电阻
  • 铜损
  • 铁损
  • 绝缘电阻
  • 线间电容
  • 电感Q
  • 谐振点

-关于“最适合开关电源的电容器与电感”,此前就电容器谈了很多,接下来请您谈一谈电感。
我想电感是构建开关电源的重要元器件之一。然而,听说包括电感在内的磁性元器件很难弄懂。

的确,不擅长磁性元器件的人不在少数。尽管如此,直到如今开关电源也是必须项目,是无法避开的。接下来,为加深大家对电感的理解,我将回答一些问题。

-那么,应该掌握的切入点是什么?

首先想介绍一下电感规格的读法,虽然这是很基本的知识。最先想说的是,即使是同一规格项目,规定该项目的条件也因产品和制造商而异,这种情况很普遍。同样,比如针对同一规格项目,某制造商保证了最大值(Max.)和最小值(Min.),而另一制造商则仅提出Typical值(typ/代表值/标准值),类似这类情况混杂存在。因此,在电感选型和与类似品的比较探讨时需要注意。

-也就是说,需要仔细确认规定条件对吗?

的确如此。请不要忘记这一点,就是仅按提供的数值进行比较的话,有时可能带来严重后果。接下来我们来具体看一看。下表是我公司产品目录的摘录。

TY-2-1_table1

标称电感值当然是必须项目。测量频率如最后一列所示为100kHz,容许差为±30%。

自身谐振频率是作为电感进行工作的极限频率。在这里保证了最小值。表示在不超出所记载最低限度的频率范围内正常工作。

直流电阻是卷线电阻居主的电阻,这里作为条件标明有±20%容许差。

额定电流是需要仔细确认条件的项目之一。其中一项规定了直流叠加容许电流,该电感的情况下,表示直流叠加的电感值为-30%的电流值的最大值。不同的制造商/产品,其条件也不同(-10%~-30%)。

作为另一个额定电流,规定了温度上升容许电流。规定了施加直流电流时的温度上升达40℃的电流值的最大值,该项条件也因制造商/产品而不同(20℃~40℃)。

关于额定电流,还有一点需要注意。并非每个制造商/每种产品都提供直流叠加容许电流和温度上升容许电流这两项。一般来说,仅提供其中一项时,可以认为从额定角度规定了其中较小的一项,为了保险起见还是向制造商确认一下比较好。

由于额定电流是重要的项目,因此我再稍微详细说明一下。下图是表示直流叠加和温度上升特性与最大值、typ值、余量的关系的图。

TY-2-1_lsat_temp

以直流叠加容许电流为例进行说明。温度上升容许电流的思路也是相同的。该例中的直流叠加容许电流是作为使直流电流增加、电感值为-30%、即降低30%时的电流规定的。不仅局限于电感,产品个体间一定会存在值的波动。typ值就是其中一个代表性的值。保证值是规定所容许的最大值及/或最小值的值。因此,是对typ值具有余量的值。进行实测的话,多数值是接近typ值的,但其中也包括接近最大值、最小值的个体。

确认typ与最大值/最小值,即可清楚余量有多少。此外,对特性与规定条件进行对比整理,可以看出来是在宽松条件下的规定还是在严格条件下的规定。

-顺便问一下,为什么各产品或制造商间对同一特性的规定条件会有不同?

原因不能一概而论,我想主要是对于应用电路的性能要求和安全确保等,什么样的条件最合适,各制造商的考量不同。当然,还涉及到对产品的性能、特性、品质、可靠性的级别定位、以及价格等条件。

-其他还有什么需要作为切入点进行确认的吗?

除规格理解外,为了解电感的基本特性,还需要知道等效电路与各成分。讲电容器时,介绍过ESR和ESL等寄生成分及其影响,电感同样也有寄生成分

使用等效电路进行说明。Rdc主要是卷线的直流电阻,也被称为“铜损”。这是与电感串联的成分。Rac主要是铁芯材料的损耗,也被称为“铁损”。如电容与电阻所表示的,具有频率特性。频率高则阻抗下降,损耗增加。绝缘电阻是对应于泄漏电流的直流电阻。电容是由于卷线被聚氨酯等薄膜绝缘,因此卷线与夹着绝缘物的导体、即电容器的构造相同而产生的。该线间电容是主要电容,对谐振点有很大影响。

Q是表示电感性能的指标。用R(Rac)除X(= ωL)的值表示对于频率有多少损耗。由公式可知,当R(Rac/铁损)小时Q变大。

通过频率与电阻/阻抗的图表来表示电感的基本特性。这是6mm见方、高度2mm的4.7µF电感例。红线为Rac/铁损。蓝线为阻抗,绿线为X(ωL)。

如前所述,由于具有电容,因此有谐振点。绿线X在谐振点之后的频率表示电容器主体的特性,频率越高阻抗越低。Rac随频率上升而增加。Rdc为直流(零Hz)时的Rac。

TY-2-1_equiv

TY-2-1_fchara.gif

这是某电感的特性,而电感的材料和结构不同,这些寄生成分也会发生变化。

-那么我们暂时先掌握这些基础。接下来将介绍电源用的电感种类。

电源设计的技术资料 免费 下载

Power Supply Design Technical Materials Free Download