在一個(gè)由微處理器、ASIC、MCU、GPU和DSP驅(qū)動(dòng)的世界中，電感器等無(wú)源元件通常被視為有些神秘，許多人認(rèn)為它們的使用包含一種難以理解的“魔法（black art）”。但是，電感的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，通常由圍繞金屬形體纏繞的簡(jiǎn)單線(xiàn)圈組成，它們可以在現(xiàn)代電路中執(zhí)行各種重要功能。因此，設(shè)計(jì)工程師需要充分了解它們的工作方式，并能夠針對(duì)特定應(yīng)用選擇正確的電感器。

抵制變化

雖然有些電感器是空芯的，但大多數(shù)都使用鐵芯，或者更常見(jiàn)的是采用鐵氧體，這會(huì)增加電感器工作所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)電流增大時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)增加，當(dāng)電流變化時(shí)，如Michael Faraday的感應(yīng)定律所述，電感器兩端的電壓也會(huì)發(fā)生變化。這種電壓被稱(chēng)為“反電動(dòng)勢(shì)”，它產(chǎn)生的電流在相反的方向上流動(dòng)，從而與原始電流相反，這種效應(yīng)在倫茨定律（Lenz’s law）中得到了詳細(xì)的闡述。

本質(zhì)上，電感器會(huì)抵制流過(guò)電流的任何變化。這是一種非常有用的特性，可在電路中用于平滑電力系統(tǒng)的輸出級(jí)等信號(hào)。電感器在DC/DC轉(zhuǎn)換器中特別有用，其中電感器從“斬波”開(kāi)關(guān)波形中產(chǎn)生平滑的DC輸出。電感器通常也用于在RF和音頻應(yīng)用中提供模擬濾波，或者它們可以作為簡(jiǎn)單的抑制器來(lái)過(guò)濾和抑制通信總線(xiàn)中的EMI等。

了解你的參數(shù)

電感器通常用電路符號(hào)“L”表示，電感單位是亨利，用符號(hào)“H”表示（以19世紀(jì)科學(xué)家Joseph Henry命名）。一個(gè)亨利是指電感器中電流以每秒1A的速率變化時(shí)，感應(yīng)產(chǎn)生1V的反電動(dòng)勢(shì)所需的電感量。實(shí)際上，亨利非常大，因此電感值通常在毫亨（mH）到納亨（nH）的范圍內(nèi)。

電感器的濾波響應(yīng)會(huì)隨頻率而變化。每個(gè)電感器都有一個(gè)自諧振頻率（SRF），它是電感器具有最明顯濾波效果時(shí)的頻率。高于此頻率，電感器開(kāi)始表現(xiàn)得更像電容器，從而其濾波效果回降低。因此有必要選擇高于系統(tǒng)工作頻率的自諧振頻率。

由于電感器是用導(dǎo)線(xiàn)彎繞形成，因此具有特定的直流電阻（DCR），其阻值會(huì)隨著導(dǎo)線(xiàn)變細(xì)和導(dǎo)線(xiàn)變長(zhǎng)而變大，這意味著DCR通常與電感值成大概的正比例。DCR會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生損耗，其大小與通過(guò)電感器的電流的平方直接相關(guān)，可能導(dǎo)致電感器在工作期間變熱，而這些是不希望產(chǎn)生的，尤其是在高功率密度的電源應(yīng)用中，其中消散產(chǎn)生的多余熱量是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

與DCR電阻密切相關(guān)的是額定電流，通常定義為標(biāo)稱(chēng)電感下降到特定百分比，或電感器核心內(nèi)部出現(xiàn)特定溫度升高時(shí)的電流。雖然兩者都是有效的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)于電感或溫度變化值沒(méi)有普遍接受的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因而要比較來(lái)自不同制造商的電感器具有很大挑戰(zhàn)性。

要記住的最后一個(gè)參數(shù)是“Q因子”，或者使用其全名“質(zhì)量因子”。在數(shù)學(xué)上，這是在給定頻率下電感與電阻的比值，許多人將其視為電感器效率的度量。Q因子的值越高，該特定電感器越接近理論上完美的電感器。

電感器的物理格式也是一個(gè)考慮因素。雖然許多電感器為表面貼裝型，可用作自動(dòng)裝配機(jī)，但較大類(lèi)型電感器（例如電源應(yīng)用中使用的類(lèi)型）可能仍然具有引線(xiàn)，需要額外的生產(chǎn)步驟。一些電感器包括屏蔽（能夠防止影響其他區(qū)域電路的電噪聲），這種格式下，由于所有磁通量都保留在電感器內(nèi)，因此它們也效率更高（具有更高的Q因子）。

電感器的實(shí)際應(yīng)用

盡管大多數(shù)電感器基本上是圍繞鐵氧體磁芯繞線(xiàn)，但是如果采用不同的材料、導(dǎo)線(xiàn)類(lèi)型、形狀因數(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致非常不同的性能，使得每種電感器都能夠有最適合的應(yīng)用。例如，RF電感器用于需要無(wú)線(xiàn)通信的系統(tǒng)，并且通常被設(shè)計(jì)成保持最高水平的信號(hào)完整性。許多RF電感器與通用電感器的不同之處在于它們傾向于使用非導(dǎo)電塑料線(xiàn)圈架（coil former）。為了實(shí)現(xiàn)RF應(yīng)用所需的性能，電感容差通常很?。ā?％），并且其構(gòu)造方法需要確保繞組間距沿電感器的長(zhǎng)度方向恒定。一種最新型固定射頻電感器是Coilcraft的132 系列。

圖1：Coilcraft的132系列RF電感器示例。

在一些RF應(yīng)用中，電感器用于調(diào)諧電路，因而必須是可調(diào)節(jié)的，這是通過(guò)將鋁螺釘插入可調(diào)節(jié)的線(xiàn)圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，原因是線(xiàn)圈和螺釘之間的重疊會(huì)發(fā)生變化。這些類(lèi)型的電感器可以是非屏蔽的，但通常也可以采用金屬屏蔽罩，例如Coilcraft的164和165系列。

如今，由于電子設(shè)備通常需要滿(mǎn)足某些監(jiān)管機(jī)構(gòu)的認(rèn)證要求，以確保它們不會(huì)干擾RF頻譜，或受到來(lái)自其他設(shè)備的RF能量影響，因而電磁干擾（EMI）對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)都是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在最簡(jiǎn)單的層面，這些應(yīng)用的電感器可以是帶有單匝線(xiàn)圈的鐵氧體磁珠，也可以是可以?shī)A在PCB走線(xiàn)周?chē)膬刹糠骤F氧體磁珠。有專(zhuān)為EMI濾波設(shè)計(jì)的電感器，這些電感器通常是小型表面貼裝元件，可工作于它們的目標(biāo)頻率范圍內(nèi)。現(xiàn)代電子設(shè)備需要高速通信，1206系列 共模扼流圈等電感器元件經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，可用于高速USB信號(hào)線(xiàn)路。

許多數(shù)據(jù)通信應(yīng)用需要進(jìn)行多條線(xiàn)路的濾波，因此為了節(jié)省PCB空間，一些制造商能夠在一個(gè)方便的封裝中提供多個(gè)電感器。CCDLF系列在單個(gè)表面貼裝封裝中能夠提供多達(dá)10個(gè)繞組，尺寸僅為9.14mm x 9.14mm。

圖2：Coilcraft 的CCDLF系列。

電源是電感器的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域，在電源領(lǐng)域中有許多特定應(yīng)用，以及需要使用電感器的更通用的濾波應(yīng)用。某些功率電感器（如DO1608C系列）針對(duì)筆記本電腦和手機(jī)等現(xiàn)代大批量消費(fèi)產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化，能夠提供令人信服的低直流電阻，可減少損耗并抑制產(chǎn)生的熱量，同時(shí)支持處理紋波電流所需的高能量存儲(chǔ)。它們能夠在較寬的溫度范圍（-40℃～+85℃）內(nèi)運(yùn)行，并經(jīng)過(guò)AEC-Q200 3級(jí)認(rèn)證，可用于汽車(chē)內(nèi)部電路。

對(duì)于更高功率應(yīng)用，SER80xx系列 能夠提供0.50至10μH的電感，并采用緊湊型8.80mm x 8.80mm表面貼裝封裝，這些元件的額定電流可超過(guò)20A，這意味著它們適用于降壓轉(zhuǎn)換器中的升壓電感器。Coilcraft數(shù)據(jù)手冊(cè)可方便地針對(duì)標(biāo)稱(chēng)電感降低10％、20％和30％，以及20℃和40℃的溫升指定飽和電流（ISAT），使其更容易地與其他制造商的產(chǎn)品進(jìn)行比較。

雖然理論計(jì)算可以得到電感器的近似值，但最終值通常是在構(gòu)建原型，替換元件值之后得出，直到達(dá)到最佳性能。為了簡(jiǎn)化這項(xiàng)任務(wù)，貿(mào)澤電子可提供許多關(guān)于電感器設(shè)計(jì)套件，其中包含具備多個(gè)電感值的元件，因此原型可以得到快速調(diào)試，這是對(duì)任何原型實(shí)驗(yàn)室的一種非常有價(jià)值的補(bǔ)充。