電感的種類及其作用

1. 電感的概述

電感是一個線圈，以磁場的形式存儲能量。電感由電線，環(huán)線或線圈組成。電感具有阻礙電路中電流變化的特性，線圈抵抗電流變化的能力是該線圈的一種特性，稱為電感。在電子電路中使用的電感非常多，有空芯的，有鐵芯，有磁粉芯的，有用在電源上的，有用在射頻上的等等。下面圖片顯示了常見的幾種不同電感的類型。

不同的電感在電路中使用的符號也不一樣，如下圖所示。

2. 空心電感

空心電感在學(xué)校實驗室用的比較多，在制作的時候也比較方便，使用漆包線在中性筆的筆桿上就可以繞制出電感，由于線圈內(nèi)部只有空氣，因此稱為空心電感，如下圖所示。

當(dāng)然，廠家在生產(chǎn)電感時肯定不能使用筆桿，一般會使用圓形的塑料或者陶瓷模具來加工電感。由于空心電感內(nèi)部使用非磁性的材料，因此具有非常低的溫度系數(shù)，在操作溫度范圍中電感值非常穩(wěn)定。然而由于以非導(dǎo)磁材料為介質(zhì)，電感量非常低，而且不存在磁芯損耗，在需要非常低電感的射頻應(yīng)用中，使用空心電感。

空心電感有比較明顯的優(yōu)勢，不需要磁芯，只要有線圈就能繞制，因此在調(diào)試單板或者參加電子設(shè)計競賽的時候，空心電感反而是使用比較廣的一種電感。

3. 鐵芯電感

鐵芯電感故名思議，就是在線圈內(nèi)部使用實心或者疊層鐵芯，將鐵芯放入線圈中可以明顯增大電感量。因此，在需要高電感的場合，比如電源的濾波電路中，就經(jīng)常使用鐵芯電感。

使用鐵芯電感在增加電感的同時，在高頻下也會帶來磁芯損耗，為了避免磁滯和渦流損耗，一般不會使用整塊磁鐵，而是將同樣厚度的薄片鐵芯進(jìn)行層壓，每個薄片之間彼此絕緣，這樣來降低磁芯損耗。在變壓器里面使用比較多。

4.鐵氧體電感

鐵氧體電感即線圈纏繞在鐵氧體這樣的強(qiáng)鐵磁性物質(zhì)的磁芯上。鐵氧體一種硬質(zhì)物質(zhì)，由嵌入絕緣粘合劑的鐵粉末的細(xì)顆粒組成。鐵氧體是一種多物質(zhì)合成的晶體結(jié)構(gòu)。

鐵氧體電感常見的電感值在幾微亨~幾毫亨的范圍，在高頻電路中使用較多。一般高頻電感所用的鐵氧體鐵芯是含有鎳鋅（NiZn）或錳鋅（MnZn）之鐵氧體化合物，屬于矯頑磁力（coercivity）低的軟磁類鐵磁材料。矯頑力較低代表抵抗退磁能力較低，也意味著磁滯損失較小。因此，鐵氧體磁芯在射頻電路，電源電路和濾波電路中使用較廣泛。

錳鋅及鎳鋅鐵氧體具有較高的相對磁導(dǎo)率（relative permeability; μr），分別為約1500~15000及100~1000，較高的導(dǎo)磁特性使得鐵芯在一定體積下具有非?？捎^的電感量。但是這種材料的電感存在飽和電流的問題。

鐵氧體電感的飽和電流比較低，當(dāng)電流超過飽和電流時，磁導(dǎo)率會快速下降，此時的電感量也會迅速降低。因此，在較大功率電路中使用的鐵氧體電感，一般會在主磁路預(yù)留一定的氣隙，可降低磁導(dǎo)率、避免鐵氧體飽和及儲存較多能量。含有氣隙時的等效相對磁導(dǎo)率約可在20-200之間。如下圖所示，電感中提前預(yù)留的氣隙。

由于材料本身的高電阻率可降低渦電流（eddy current）造成的損耗，因此在高頻時損失較低，較適用于高頻變壓器、EMI濾波電感及電源轉(zhuǎn)換器的儲能電感。以操作頻率而言鎳鋅鐵氧體適合用在（>1 MHz），而錳鋅鐵氧體適用于較低的頻段（<2 MHz）。

5.可變電感

可變電感是類似可變的電阻一樣，通過觸點和不同長度的線圈接觸來改變電感的大小，電感的匝數(shù)變化和電感量的變化成正比?！?/p>

很顯然這種電感在移動時變化比較快，誤差也比較大，因此常見的使用是在對電感量變化要求不那么高的場合。和滑動變阻器基本一樣。

6. 鐵粉芯電感

鐵粉芯電感即線圈中間的材料為鐵粉芯，鐵粉芯是比較常見的軟磁材料，是由純凈的鐵粉以及環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂在高壓條件下壓合而成。如下圖所示。鐵粉芯因為內(nèi)部存在空氣氣隙，飽和曲線相對緩和，磁導(dǎo)率也不是那么高，因此溫度的穩(wěn)定性較好。

常見的鐵粉芯有鐵鎳鉬合金（MPP）、鐵硅鋁合金（Sendust）、鐵鎳合金（high flux）及鐵粉芯（iron powder）等。因所含成分不同，其特性及價格也有所不同，因而影響電感器的選擇。

A. 鐵鎳鉬合金（MPP）

鐵鎳鉬合金簡稱MPP，是molypermalloy powder的縮寫，相對磁導(dǎo)率約14~500，飽和磁通密度約7500高斯（Gauss），比鐵氧體的飽和磁通密度（約4000~5000高斯）高出許多。MPP具有最小的鐵損，在粉末鐵芯中，溫度穩(wěn)定性最好。當(dāng)外加直流電流達(dá)飽和電流ISAT時，電感值緩慢降低，不會急劇衰減。MPP的性能較佳，但成本較高，通常作為電源轉(zhuǎn)換器之功率電感及EMI濾波之用。

B. 鐵硅鋁合金 （Sendust）

鐵硅鋁合金鐵芯是由鐵、硅、及鋁組成之合金鐵芯，相對磁導(dǎo)率約26~125。鐵損介于鐵粉芯與MPP及鐵鎳合金之間。飽和磁通密度比MPP高，約10500高斯。溫度穩(wěn)定性及飽和電流特性比MPP及鐵鎳合金稍微遜色，但較鐵粉芯及鐵氧體鐵芯為佳，相對成本較MPP及鐵鎳合金便宜。多應(yīng)用于EMI濾波、功因修正（PFC）電路及開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器之功率電感。

C. 鐵鎳合金（high flux）

鐵鎳合金鐵芯是由鐵及鎳組合而成，相對磁導(dǎo)率約14~200，鐵損及溫度穩(wěn)定性均介于MPP及鐵硅鋁合金之間。鐵鎳合金鐵芯的飽和磁通密度最高，約15000高斯，且可耐受直流偏置電流較高，其直流偏置特性也較好。應(yīng)用范圍有功因修正、儲能電感、濾波電感、返馳式轉(zhuǎn)換器之高頻變壓器等。

D. 鐵粉芯（iron powder）

鐵粉芯是由顆粒非常小、彼此間絕緣的高純度鐵粉顆粒制成，制作過程使其具有分布式的氣隙。常見的鐵粉芯之形狀除了環(huán)型外，尚有E型及沖壓式。鐵粉芯之相對磁導(dǎo)率約10~75，約15000高斯之高飽和磁通密度。在粉末鐵芯中，鐵粉芯的鐵損最高，但成本最低。

在實際電路使用中，鐵硅鋁合金的特性在各方面均不錯，相對成本低，具有高性價比，因此常被用于EMI濾波電感。

幾種常見電感的特性對比如下：

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磁環(huán)種類	特點
	電流疊加性能好 低鐵損負(fù)溫度系數(shù)
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?	漏磁少 噪聲低 對高電流有抑制能力 防電磁干擾，穩(wěn)定性好
	高頻下?lián)p耗低 能承受大電流

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編輯：黃飛