工程師學(xué)習(xí)電感規(guī)格和等效電路一些實(shí)用技巧

關(guān)于“最適合開關(guān)電源的電容器與電感”，此前就電容器談了很多，接下來請您談一談電感。我想電感是構(gòu)建開關(guān)電源的重要元器件之一。然而，聽說包括電感在內(nèi)的磁性元器件很難弄懂。的確，不擅長磁性元器件的人不在少數(shù)。盡管如此，直到如今開關(guān)電源也是必須項(xiàng)目，是無法避開的。接下來，為加深大家對電感的理解，我將回答一些問題。

那么，應(yīng)該掌握的切入點(diǎn)是什么？
首先想介紹一下電感規(guī)格的讀法，雖然這是很基本的知識。最先想說的是，即使是同一規(guī)格項(xiàng)目，規(guī)定該項(xiàng)目的條件也因產(chǎn)品和制造商而異，這種情況很普遍。同樣，比如針對同一規(guī)格項(xiàng)目，某制造商保證了最大值(Max.)和最小值（Min.），而另一制造商則僅提出Typical值（typ/代表值/標(biāo)準(zhǔn)值），類似這類情況混雜存在。因此，在電感選型和與類似品的比較探討時(shí)需要注意。
－也就是說，需要仔細(xì)確認(rèn)規(guī)定條件對嗎？
的確如此。請不要忘記這一點(diǎn)，就是僅按提供的數(shù)值進(jìn)行比較的話，有時(shí)可能帶來嚴(yán)重后果。接下來我們來具體看一看。下表是我公司產(chǎn)品目錄的摘錄。

標(biāo)稱電感值當(dāng)然是必須項(xiàng)目。測量頻率如最后一列所示為100kHz，容許差為±30%。
自身諧振頻率是作為電感進(jìn)行工作的極限頻率。在這里保證了最小值。表示在不超出所記載最低限度的頻率范圍內(nèi)正常工作。
直流電阻是卷線電阻居主的電阻，這里作為條件標(biāo)明有±20%容許差。
額定電流是需要仔細(xì)確認(rèn)條件的項(xiàng)目之一。其中一項(xiàng)規(guī)定了直流疊加容許電流，該電感的情況下，表示直流疊加的電感值為-30%的電流值的最大值。不同的制造商/產(chǎn)品，其條件也不同（-10%～-30%）。
作為另一個(gè)額定電流，規(guī)定了溫度上升容許電流。規(guī)定了施加直流電流時(shí)的溫度上升達(dá)40℃的電流值的最大值，該項(xiàng)條件也因制造商/產(chǎn)品而不同（20℃～40℃）。
關(guān)于額定電流，還有一點(diǎn)需要注意。并非每個(gè)制造商/每種產(chǎn)品都提供直流疊加容許電流和溫度上升容許電流這兩項(xiàng)。一般來說，僅提供其中一項(xiàng)時(shí)，可以認(rèn)為從額定角度規(guī)定了其中較小的一項(xiàng)，為了保險(xiǎn)起見還是向制造商確認(rèn)一下比較好。
由于額定電流是重要的項(xiàng)目，因此我再稍微詳細(xì)說明一下。下圖是表示直流疊加和溫度上升特性與最大值、typ值、余量的關(guān)系的圖。

以直流疊加容許電流為例進(jìn)行說明。溫度上升容許電流的思路也是相同的。該例中的直流疊加容許電流是作為使直流電流增加、電感值為-30%、即降低30%時(shí)的電流規(guī)定的。不僅局限于電感，產(chǎn)品個(gè)體間一定會存在值的波動。typ值就是其中一個(gè)代表性的值。保證值是規(guī)定所容許的最大值及/或最小值的值。因此，是對typ值具有余量的值。進(jìn)行實(shí)測的話，多數(shù)值是接近typ值的，但其中也包括接近最大值、最小值的個(gè)體。
確認(rèn)typ與最大值/最小值，即可清楚余量有多少。此外，對特性與規(guī)定條件進(jìn)行對比整理，可以看出來是在寬松條件下的規(guī)定還是在嚴(yán)格條件下的規(guī)定。
－順便問一下，為什么各產(chǎn)品或制造商間對同一特性的規(guī)定條件會有不同？
原因不能一概而論，我想主要是對于應(yīng)用電路的性能要求和安全確保等，什么樣的條件最合適，各制造商的考量不同。當(dāng)然，還涉及到對產(chǎn)品的性能、特性、品質(zhì)、可靠性的級別定位、以及價(jià)格等條件。
－其他還有什么需要作為切入點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)的嗎?

除規(guī)格理解外，為了解電感的基本特性，還需要知道等效電路與各成分。講電容器時(shí)，介紹過ESR和ESL等寄生成分及其影響，電感同樣也有寄生成分。
使用等效電路進(jìn)行說明。Rdc主要是卷線的直流電阻，也被稱為“銅損”。這是與電感串聯(lián)的成分。Rac主要是鐵芯材料的損耗，也被稱為“鐵損”。如電容與電阻所表示的，具有頻率特性。頻率高則阻抗下降，損耗增加。絕緣電阻是對應(yīng)于泄漏電流的直流電阻。電容是由于卷線被聚氨酯等薄膜絕緣，因此卷線與夾著絕緣物的導(dǎo)體、即電容器的構(gòu)造相同而產(chǎn)生的。該線間電容是主要電容，對諧振點(diǎn)有很大影響。
Q是表示電感性能的指標(biāo)。用R（Rac）除X（= ωL）的值表示對于頻率有多少損耗。由公式可知，當(dāng)R（Rac/鐵損）小時(shí)Q變大。
通過頻率與電阻/阻抗的圖表來表示電感的基本特性。這是6mm見方、高度2mm的4.7?F電感例。紅線為Rac/鐵損。藍(lán)線為阻抗，綠線為X（ωL）。
如前所述，由于具有電容，因此有諧振點(diǎn)。綠線X在諧振點(diǎn)之后的頻率表示電容器主體的特性，頻率越高阻抗越低。Rac隨頻率上升而增加。Rdc為直流（零Hz）時(shí)的Rac。

這是某電感的特性，而電感的材料和結(jié)構(gòu)不同，這些寄生成分也會發(fā)生變化。