工程师经验分享之读懂电感的规格与等效电路

akujl

－关于“最适合开关电源的电容器与电感”，此前就电容器谈了很多，接下来请您谈一谈电感。
我想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。接下来，为加深大家对电感的理解，我将回答一些问题。

－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。

这是某电感的特性，而电感的材料和结构不同，这些寄生成分也会发生变化。

－那么我们暂时先掌握这些基础。接下来将介绍电源用的电感种类。