Inductor-3---電感的特性參數

引言：電感之所以呈現感性，即流過電感的電流會滯后于施加在電感上的電流(事實上是滯后90度相角)，是因為楞次定律。

1.電感的參數

表3-1列出電感器的主要技術規格。 本節我們解釋電感器的各種特性，但并非所有的特性都被作為技術規格而作出規定。 這里歸納了電感器的數據表中規定的具有代表性的技術規格。 但是，項目的有無和規定條件會因廠家或商品而有所差異，所以需要仔細確認數據表的附注等事項。

表3-1：關鍵參數

電感值：

表示規定頻率的值，具有±10到±30%這樣的容許差。

直流電阻DCR：

如前面所說明的那樣，主要是繞組的電阻，表示±20%等的容許差。 同樣，作為電阻成分說明的交流電阻(ACR)，沒有在技術規格中示出的情況較為多見，所以要根據需要向廠家確認。

額定電流：

溫升額定電流已規定施加直流電流時的溫度上升為40℃的電流額定值較為多見，但其條件則會根據廠家或產品而有所差異。

直流疊加額定電流，一般表示電感為-30%的電流的最大值較為多見，其條件同樣會根據廠家或產品而有所差異。

額定電流雖說是重要的技術規格，但并非總會列出兩者。 在列出其中一個的情況下，就要按照該額定值，有的情況下或許還需要向廠家確認。 除此之外，有的情況下已對“自共振頻率Inductor-1：電感器的模型和參數”做出規定。 如前面所說明的那樣，這里列出作為電感器發揮作用的極限頻率。

2.電感的特性

磁飽和特性

電子在原子外層繞著數層軌道旋轉，每一層電子旋轉都會依愣次定律產生一微弱的磁場，每一層的磁力不同、方向也不同，但合力為零，沒有磁性。 當一線圈通電流，同樣的依愣次定律產生一磁場，磁力線穿過磁性材料(鐵心)，磁性材料內原子的電子旋轉軌道開始轉向，以抵消線圈產生的磁力線，線圈電流越大，越多磁性材料電子的旋轉方向改變，最后所有磁性材料電子旋轉方向都相同時，就是磁飽和。 由于磁性飽和特性的存在，隨著DC偏磁電流增強電感量降低。 磁性飽和發生后，隨著電感量降低阻抗也將降低。 抵抗直流重疊較強的電感器將維持較高的阻抗。 弱的話，阻抗將顯著地降低。 一般，在使用條件下，根據所要求的電感量和阻抗的范圍來選擇電感器。

如圖3-1所示，電感器在流過的電流超過容許電流(直流重疊容許電流)的最大值時會引起磁飽和，導致電感值減少。 電感器飽和時，如上述的阻抗式可知，阻抗變小，流向電感器的電流變得異常大，例如DC/DC轉換器上有可能引起效率下降或異常動作。 磁飽和容許電流是電感器的重要特性之一。

圖3-1：隨著直流重疊電流增加，電感減少

交流電阻(ACR)

我們已在阻抗項中簡要說明了直流電阻(DCR)，而實際使用的電感器除此之外還包含有導致磁芯的渦流損耗產生的電阻成分、和因表皮效應和鄰近效應而增加的導線的電阻成分，我們統稱為交流電阻(ACR)。 此交流電阻(ACR)與頻率成正比，交流電阻值變大，導致高頻的功率損耗變大以及零部件的溫度上升，實際使用時需要考慮這些因素。 (有關渦流損耗、表皮效應、鄰近效應)

Q 值(品質因素)

某一頻率的電感器的感抗與電阻之比，是表示電感器的性能的指數。 Q值越高表示接近純電感的程度的值。 Q值越大，電路中，越能起到純電感器的作用。 以感抗XL除以ACR而得到的值來表示相對于頻率有多大的損耗(ACR簡化為R)：

從上式可以獲知，如果ACR小Q值就會升高。

銅損和鐵損

電流流向導線時的電阻成分引起的損耗稱為銅損，磁束通過磁芯時磁芯內產生的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)稱為鐵損。

表皮效應

如果流向導體的電流的頻率升高，電流就會只流過導體的表面，表面部分的電流密度增大，電阻值增加。 我們將這種效應叫做表皮效應。

鄰近效應

多根導線鄰近時，每個繞組形成的磁場感應渦流，高頻時會集中于導體內的電流鄰近的導線相鄰接的狹小區域而流過，鄰近部分的電流密度增大，電阻值增加。 我們將這種效應叫做鄰近效應。

渦流損耗

因電磁感應而變化的磁場會在導體的磁芯中產生渦狀的電流。 產生此電流的能量會因磁芯材料的電阻而被轉換成熱并成為損耗。 我們將這種損耗叫做渦流損耗。

磁滯損耗

如果是磁芯內的磁場變化或者反轉，就會伴隨磁滯(磁芯材料的BH圖中所示的磁滯回線)而返回原先的狀態。 為了此磁滯的運動而消耗的能量會作為熱損耗掉。 我們將這種損耗叫做磁滯損耗，磁滯損耗與磁滯回線的面積成正比。

3.電感的分類

電感器有各種不同的種類。 此外，分類的方法也會隨不同的觀點而有多種。 下圖3-2所示為將用途作為信號類和功率類，各自按照磁性體(磁芯)材料和工法而進行的分類。

表3-2：電感器的一種分類方法