弄懂电感的规格、特性与等效电路

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。

　　－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。

　　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。

　　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。

顶上，看看。

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