電感是由包括電阻、電容在內(nèi)的三個最常用的無源元件之一。功能上主要作為電源轉(zhuǎn)換電路中的儲能元件、射頻電路中感性負(fù)載和噪聲濾波器元件應(yīng)用。
電感器從生產(chǎn)工藝上分類主要有繞線式、薄膜和疊層電感;從結(jié)構(gòu)上分為屏蔽和非屏蔽電感;從安裝方式主要分為表面貼SMT和穿孔兩類;從應(yīng)用上主要有低頻信號、功率和射頻電感等;從材料上主要有磁性和非磁性材料,其中磁性材料有鐵氧體,鐵基磁粉芯等,非磁性材料主要有非磁性陶瓷等,其中鐵氧體和鐵基磁粉芯電感主要應(yīng)用于低中高頻,非磁性陶瓷電感主要用于射頻應(yīng)用。
電感的技術(shù)指標(biāo)主要包括電感量L,直流電阻DCR,飽和電流Isat和溫升電流Irms,自諧振頻率SRF和品質(zhì)因數(shù)Q等。
這里需要說明的是飽和電流的定義。當(dāng)電感上流過的電流逐漸增大時,磁芯會逐漸進(jìn)入飽和狀態(tài),電感值會逐漸下降。當(dāng)磁芯完全飽和時,電感值會下降到相當(dāng)于空心繞線的很小的感值。飽和電流通常的定義為當(dāng)電感下降30%時的電流值。
如下圖所示的標(biāo)稱感值為10?H的電感,電感值下降30%時的飽和電流曲線圖。也有些廠家會把飽和電流定義為電感下降10%或35%。在選擇不同廠家電感進(jìn)行比較時需要注意這一點。
從上面的飽和電流曲線我們可以看出,此電感值大概為7?H左右時,飽和電流為5A。
電感的溫升電流Irms是指當(dāng)電感工作時,電感的溫度上升較周圍環(huán)境溫度上升一定溫度時的電感工作電流。因為溫升是與電感消耗能量有關(guān),而能量又與電流的有效值相關(guān),故溫升電流通常被標(biāo)示為Irms.通常大多數(shù)廠家定義溫度上升40℃時為電感的溫升電流值。
需要注意的是,溫升電流的大小和曲線與實際測量的條件密切相關(guān),國際上也并沒有一個統(tǒng)一的測試方法和標(biāo)準(zhǔn)。通常測量電感的溫升電流要將電感焊接到測試的PCB板上進(jìn)行測量,因此PCB板上的線條寬度,PCB銅箔的厚度以及測試時間等都會影響到溫升電流的測試結(jié)果。另外,電感在系統(tǒng)中的使用條件,也會對電感性能特別是溫升特性產(chǎn)生很大的影響。比如,如果電感在系統(tǒng)中靠近發(fā)熱量很大的器件如CPU或者散熱器,則電感的溫升電流會相應(yīng)減小。如果是電感靠近系統(tǒng)的通風(fēng)孔,溫升電流會相應(yīng)加大。
因此溫升電流只是給系統(tǒng)設(shè)計者提供一個參考,具體在使用中最好能對電感做一個實際溫度和溫升測試。
電感的飽和電流和溫升電流是從兩個不同的技術(shù)側(cè)面給設(shè)計者提供有關(guān)電感的更多的技術(shù)資訊,設(shè)計應(yīng)者對這兩個指標(biāo)有深入的了解,這對提高系統(tǒng)設(shè)計的性能和可靠性會有很大幫助。
目前有相當(dāng)部分疊層功率電感生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品額定電流規(guī)格都是沿用傳統(tǒng)信號濾波處理用疊層電感額定電流標(biāo)準(zhǔn)來定義,其根據(jù)電感的溫升電流值來定義其額定工作電流。這種情況下產(chǎn)品設(shè)計工程師往往會按照傳統(tǒng)功率電感選型經(jīng)驗并根據(jù)供應(yīng)商電感規(guī)格書上定義的額定電流值來衡量其實際電路中的額定工作電流,這樣一來可能會因電感Isat指標(biāo)低于電路的實際工作電流,產(chǎn)生如下隱患:
A). 電感實際工作時因電流過大導(dǎo)致飽和,引起工感量下降幅度過大造成電流紋波超出后級電路最大允許規(guī)格范圍而造成電路干擾,從而無法正常工作甚至損壞;
B).電路中實際工作電流超過電感的飽和電流有可能會因電感飽和電感量下降產(chǎn)生機(jī)械或電子噪音;
C).電路中實際工作電流超過電感的飽和電流會導(dǎo)致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負(fù)載時輸出電壓&電流不穩(wěn)定,造成其它單元電路系統(tǒng)死機(jī)等不穩(wěn)定異常情形;
D).電感額定電流(包括飽和和溫升電流)選擇余量不足會導(dǎo)致其工作時其表面溫度過高.
總結(jié):
飽和電流是在電感上加一特定量的直流偏置電流,使電感的電感值相對未加電流時的電感值下降下降10%-35% (一般都是按30%來算),這個直流偏置電流就叫該電感的飽和電流,飽和電流是越大越好。
溫升電流是在電感上加一特定量的直流偏置電流,使電感本體溫度相對未加電流時的溫度上升不超過40℃,該溫度需穩(wěn)定3小時以上且不再繼續(xù)上升(有些廠商設(shè)定為30分鐘或1小時以上),這個直流偏置電流就叫該電感的溫升電流,溫升電流也是越大越好。在實際設(shè)計中,選擇的電感溫升電流最好要比電路中的持續(xù)電流大。