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电感的参数与选型时间：2010-08-28 01:32来源:互联网作者：点击：懸次 一、电感参数我们首先看一下电感元件的主要参数见表 1表 1 电感元件的主要参数主要参数 定义电感量L也称作自感电感量L系数，是表示电感元件 自感能力的一种物理量允许偏差电感线圈电感量的允 许偏差感抗X 电感线圈对交流电流L 阻碍作用的大小称感抗XL品质因素° 品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量分布电容 线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与 底板间存在的电容被称 为分布电容直流电阻 电感线圈自身的直流电阻额定电流 通常是指允许长时间通过电感元件的直流电 流值说明它表示线圈本身固有特性，与电流大小无关除 专门的电感线圈（色码电感）夕卜，电感量一般不专 门标志圈上，而以特定的名称标注它取决于用途，用于谐振回路或滤波器中的线圈 要求精度较高；而一般用于耦合或作为阻流圈的线 圈，要求精度不高例如，振荡回路的电感线圈， 允许偏差为土0.2%~±0.5%；而高频阻流圈和耦合线 圈，允许偏差为±10 %~±15%单位是欧［姆］它与电感量L和交流电频率f的关 系为X =2 n fLLQ为感抗X与其等效电阻的比值，即Q=X/R。

线圈 的Q值越高,回路的损耗越小线圈的Q值与导线 的直流电阻、骨架的介质损耗、屏蔽罩或铁芯引起 的损耗、咼频趋肤效应的影响等因素有关线圈的 值通常为几十到几百分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差 因而线圈的分布电容越小越好可用万用电桥、数字万用表和欧姆表直接测得在选用电感元件时，若电路流过电流大于额定电流 值，就需要改用额定电流符合要求的其他型号电感 器国半专家谈如何为便携式系统选择电感元件设计人员在考虑无源器件时，他们想到的是电感电容的生产容限，一般为±20% 或±10%这在理论上是对的，但在实际应用中却不然本文介绍电容电感易受 影响的一些参数以及系统设计人员必须了解的知识，并讨论如何为最小但最高效的便携式电源系统解决方案选择外部元件二、选择电感为便携式电源应用选择电感，需要考虑的最重要的三点是：尺寸大小、尺寸大小， 第三还是尺寸大小移动的电路板面积十分紧俏珍贵，随着 MP3 播放器、 电视和视频等各种功能被增加到中时，尤其如此功能增加也将增加电池的 电流消耗量因此，以前一直由线性调节器供电或直接连接到电池上的模块需要 效率更高的解决方案实现更高效率解决方案的第一步是采用磁性降压转换器。

正如其名称所暗示的，这时需要一个电感电感的主要规格除尺寸大小外，还有开关频率下的电感值、线圈的直流阻抗(DCR)、额定饱和电流、额定rms电流、交流阻抗(ESR)以及Q因子根据应用的 不同，电感类型的选择一一屏蔽式或非屏蔽式一一也是很重要的类似于电容中的直流偏置，厂商A的2.2》H电感可能与厂商B的完全不同在 相关温度范围内电感值与直流电流的关系是一条非常重要的曲线，必需向厂商索 取在这条曲线上可以查到额定饱和电流(ISAT)ISAT —般定义为电感值降量 为额定值的30%时的直流电流某些电感生产商没有规定ISAT他们可能之给出 了温度高于环境温度40 ?C时的直流电流DCR引起传导损耗，在输出电流较高时影响效率ESR随工作频率的提高而增加， 在输出电流较小时影响占主导地位的开关损耗ESR与Q因子成正比相同频率 下，低ESR电感的Q因子更高在电感满足所有其它规格时，为什么系统设计人 员还应考虑ESR和Q因子呢？当开关频率超过2MHz时，必需格外关注电感的交流损耗规格说明书中列出比 较的不同厂商的电感的ISAT和DCR在开关频率下可能有极为不同的交流阻抗， 导致轻负载下显著的效率差异这一点对提高便携式电源系统中电池的寿命至为 重要，因为系统大部分的时间是处于睡眠、待机或低功率模式下的。

由于电感生产厂商很少提供ESR和Q因子信息，设计人员应该主动向他们索取 厂商给出的电感与电流关系也往往只限于25 ?C，故应该索取工作温度范围内的 相关数据最坏情况一般是 85oC图3给出了各种电感的交流阻抗与频率的关系考虑一个降压转换器的例子，其 规格参数如下：FSW=2MHz, VIN=5.5V, L=2.2》H，V0UT=1.5V, I=0 到 600MA, △ I=289MA (计算值)oJiO-LIO.Ot 0.1 1 tOi IOCF馆qu帥训（MHH3. curve? show frequency for v^riou$ v$lir^of inductors that imight b电訂$些d in a dc-dc converter.参见图3, 2.2》H额定电感在低频下的DCR为0.2Q , 2MHz下的ESR为IQ电 感引起的直流损耗和交流损耗可用下式计算：DC 损耗=I2XDCRAC 损耗=(dA I2)/12XESR由上式可知，输出电流较高时，低频或直流损耗占主导地位；输出电流较低时， 交流损耗占主导地位I是转换器的峰峰值纹波电流，在连续传导工作模式中， 输出电流高和低时其幅度都一样。

由数学计算可知，I=600MA时，电感总体损耗 的91%是直流损耗；I=50mA时，电感总体损耗的93%是交流损耗图4a (ESR)和4b (Q)给出了厂商A (低ESR，高Q值)和厂商B (高ESR，低Q 值)的电感，还显示了采用这些电感(图4c)的2MHz转换器的效率曲线从这些 数据判断，即使厂商A有较高的DCR，它也能在轻负载下提供更高的效率302D(aj9590&5611m51£ =7D卅4. Her©, ESR (a) and Q factor (b) vs. frequency are compared foe inductors from two different manu佃cturg阳(A snd B>. Also sho1 istheir efficiency vs. output current when used m an LM3671-bi converter (g).II 伽l{JJT怖川2 3Fr^uan^lHHz.l根据应用的不同，可以选择屏蔽式或非屏蔽式电感器一般而言，屏蔽式电感用 于那些必须满足严格的 EMI 规范的便携式应用最后但绝非不重要的是，按照生产方式的不同，有两类电感器。

第一类是传统的 绕线线圈式(Wire Wound coil)电感，另一类是较新式的芯片电感芯片电感凭 其尺寸和高度方面的优势使用正日益广泛PCB装配时的安装速度也是芯片(多 层)电感生产商大肆宣传的优点之一在选择开关解决方案时，系统设计人员必 须考虑到芯片电感的某些关键规格电感和直流电流的关系随温度的变化是线圈 式电感和芯片电感有显著不同的一个主要参数图5显示了绕线线圈电感和芯片 电感的横截面示意图Win coil FBtriie core5. Cross-sectional images show the construction dIfferences between winding-type and chip inductors.YYi^UWinding ty 貼从图6 可看到，一般来说，线圈式电感的电感-直流电流及温度关系曲线在饱和 电流之前很平坦在饱和电流之后，则随电流变化出现急剧下降典型地，ISAT 在 85oC 时比 25 oC 时要低 10 ％到 20% 25oC 时，芯片电感有一个高于额定值的初始电感值一旦电流增大，芯片电感 就开始下降因此，大多数情况下，额定ISAT的定义不适用于芯片电感。

规定 了温度上升的额定 rms 电流也决定了芯片电感的额定电流电感值随温度下降， 不随直流电流下降，是芯片电感的另一个特性1.5°0 M MQ GOO 800 1000 TO~fflbe W6. Inductance vs, current curves indicate that compared to their chip counterparts, coil-type inductors hav& a much flatter inductance curve vs. de current and temperature until their saturation current is reached.YtmCUCoil: 25DCCoil: 85°C；5 Chip:25DC关于实际的电感值，系统设计人员必须谨慎选择正确的电感，并按照规格说明书 找到最小的电感值电感选择不正确会影响到稳定性，引起次谐波振荡 （sub-harmonic oscillations）,和/或降低开关的额定输出电流与陶瓷电容的 情况相同，设计人员应当主要关注实际工作情况中的电感值，而非额定电感值如何为磁性降压转换器选择电感的额定电流呢？如果电感的额定IRMS大于所需 输出电流，最容易的方法是选择额定值大于或等于开关的最大电流限值的ISAT。

不过,正如我们在芯片电感中看到的,我们必须搜寻满足稳定性和输出电流要求 的最小电感值选择较高值的芯片电感（比如用3.3卩H代替2.2》H）来满足电 感要求是不可行的，因为对相同外壳尺寸的电感器，电感值越高，其下降就越剧 烈此外，芯片电感厂商间存在着各种差异例如，厂商A可能采用低渗透性材料， 使电感值逐步改变但这种方案需要更多的介电层因此，较之采用高渗透率材 料、下降更剧烈的厂商B，A将有更高的DCR，B的DCR较低本文的目的是给出一些能够用于实际情况的相关信息，也向系统设计人员和元件 采购工程师介绍了在元件选择过程中，应该向元件生产商索取的必要数据1、MLCI 的等效电路（EQUIVALENT CIRCUIT）MLCI 的等效电路如下图所示：其中 L 等效电感 R 等效交流电阻 C 等效电容 Rdc 直流电阻2、 电感量（ INDUCTANCE）电感量是MLCI的最重要参数，它的大小值由下面公式决定：L=pN2其中，》 材料的磁导率 N 线圈的圈数 Ae 有效磁通面积 le 有效磁路长度从公式（1）易知，电感量与所选用的材料性能（》）、电感器的结构（N、Ae、le）有关而在选择电感器时，一个要选择电感量，另外就是要求电感量在某一个范围（注意电感器的测试频率）3、 品质因数 Q(Q VALUE)品质因数Q是MLCI的另外一个重要参数，表示电感器的储能与耗能之比，根据图(1)可用下式近似计算：WLR英札w—角频轧W=2TCfR——誓效此亂一般地，品质因数Q愈大愈好，所以，在选择MLCI时，要注意:① 品质因数Q在产品样本或送样的承认书上标出的是最小值② 品质因数Q与测试频率有关③ 品质因数Q与电感量有关④ 产品样本上对应电感量的Q值均有对应的测量频率⑤ 设计者在设计电路时对Q值的要求。

4、 自谐频率 SRF(SELF-RESONANT FREQUENCY)自谐频率SRF是MLCI应用中值得考虑的一个重要指标，其值越高，说明该MLCI的使用频率越高 应注意：① 自谐频率SRF与材料及其电感量有关，电感量越大，SRF越小② 产品样本上给出的SRF表示最小值。