電感作為三大被動器件之一，就功能而言，是一種電磁感應組件，也稱為扼流器、電抗器、動態電抗器、線圈、扼流圈等，其主要功能是儲蓄電能，線圈內電流產生磁場，該磁場再產生電流，可將電能轉化為磁能存儲起來，從而保證電壓穩定。還有整理和篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾(EMI靜噪濾波器)等功能。電感是一種重要的電子元件，它在電路設計中扮演著至關重要的角色。本文將介紹電感的基本原理、種類、核心參數和選型要點，幫助大家更好地理解和應用電感。

當電流通過線圈時，就會產生磁場，從而在線圈中存儲磁能。電感的充電和放電過程就是磁場儲存和釋放的過程。電感的感值大小與線圈的匝數、線圈的面積以及周圍環境的磁導率有關。一般來說，線圈的匝數越多，線圈的面積越大，周圍的磁導率越高，電感的感值就越大。

電感器的結構類似于變壓器，但只有一個繞組，其外形由電線一圈圈纏繞而成，一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁芯或鐵心等組成，電感的工作原理為當導線內通過交流電時，導線內部及周圍產生交變磁通，從而起到“通直流、阻交流”的作用，由楞次定律可知該磁力線會阻止原本磁力線的變化，電感的作用與電容相反，常與電容在一起，組成LC濾波電路等。如果電感器在沒有電流通過的狀態下，電路接通時它將試圖阻礙電流流過它;如果電感器在有電流通過的狀態下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。所以具有濾波、振蕩、延遲、陷波等功能，還有篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾等作用。它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相電路及諧振電路等，應用非常廣泛。

以圓柱型線圈為例，簡單介紹下電感的基本原理：

如上圖所示，當恒定電流流過線圈時，根據右手螺旋定則，會形成一個圖示方向的靜磁場。而電感中流過交變電流，產生的磁場就是交變磁場，變化的磁場產生電場，線圈上就有感應電動勢，產生感應電流：

電流變大時，磁場變強，磁場變化的方向與原磁場方向相同，根據左手螺旋定則，產生的感應電流與原電流方向相反，電感電流減小;

電流變小時，磁場變弱，磁場變化的方向與原磁場方向相反，根據左手螺旋定則，產生的感應電流與原電流方向相同，電感電流變大。

以上就是楞次定律，最終效果就是電感會阻礙流過的電流產生變化，就是電感對交變電流呈高阻抗。同樣的電感，電流變化率越高，產生的感應電流越大，那么電感呈現的阻抗就越高;如果同樣的電流變化率，不同的電感，如果產生的感應電流越大，那么電感呈現的阻抗就越高。

簡單來說，電感按功能可分成射頻電感和功率電感;按工藝可分為繞線電感、層疊電感和薄膜電感;按材料可分為磁性電感和非磁性電感。

當然我們還可以將電感按用途分為高頻電感、功率電感(主要為電源類電感)、一般電路用電感。高頻電感主要用途包括耦合、共振、扼流;功率電感主要用途包括變化電壓和扼流;而一般電路用電感提供廣泛的電感范圍和尺寸，用于聲音、視頻等普通模擬電路、共振電路等。

按電感形式分為固定電感、可變電感。

按導磁體性質可分為空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按工作性質可分為天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈。

按繞線結構可分為單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。

按工作頻率可分為高頻線圈、低頻線圈。

按結構特點可分為磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

按封裝方式分類，可分為插裝式電感、片式電感。片式電感體積小、重量輕、可靠性好、便于安裝，已取代插裝式電感成為主流，又分為繞線式、疊層式、薄膜片式和編織線式四類，其中疊層片式、繞線式最為常見。

常見的電感

1、線圈電感：線圈電感是最基本的電感形式，它由一圈圈的導線繞制而成。其特點是感值范圍廣、穩定性好，但體積較大，適用于工頻、低頻電路中。線圈電感一般用于濾波、振蕩、定時等場合。

2、貼片電感：貼片電感是一種表面貼裝的電感，它由導線和磁芯組成。其特點是感值范圍較窄，但體積小、重量輕，適用于高頻、小型化電路中。貼片電感一般用于濾波、振蕩、頻率補償等場合。

3、功率電感：功率電感是一種大功率的電感，它能夠在高電壓、大電流的條件下工作。其特點是容量大、穩定性好，但體積較大，適用于電源、驅動等電路中。功率電感一般用于濾波、振蕩、限流等場合。

4、射頻電感：射頻電感是一種工作在高頻范圍內的電感，它具有高感值、小體積等特點。其特點是頻率高、阻抗低，但穩定性較差，適用于高頻、微波電路中。射頻電感一般用于濾波、諧振、頻率變換等場合。

電感的核心參數

1、電感量L

電感量L表示線圈本身固有特性，與電流大小無關。除專門的電感線圈(色碼電感)外，電感量一般不專門標注在線圈上，而以特定的名稱標注。電感量也稱自感系數，是表示電感器產生自感應能力的一個物理量。

電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(匝數)、繞制方式、有無磁芯及磁芯的材料等。通常，線圈圓數越多繞制的線圈越密集電感量就越大。有磁芯的線圈比無磁芯線圈電感量大磁芯導磁率越大的線圈，電感量也越大。

電感量的基本單位是亨利(簡稱亨)用字母H表示。

2、感抗XL

電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL，單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關系為XL=2πfL。

3、品質因素Q

品質因素Q是表示線圈質量的一個物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即：Q=XL/R。線圈的Q值愈高，回路的損耗愈小。線圈的Q值與導線的直流電阻，骨架的介質損耗，屏蔽罩或鐵芯引起的損耗，高頻趨膚效應的影響等因素有關。線圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線圈，多股粗線圈均可提高線圈的Q值。

4、直流電阻DCR

電感線圈在非交流電下量得之電阻，在電感器設計中，直流電阻愈小愈好，其量測單位為歐姆，通常以其最大值為標注。

5、分布電容

線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩定性變差，因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。

6、自諧振頻率(Self-Resonance Frequency)

由于Cp的存在，與L一起構成了一個諧振電路，其諧振頻率便是電感的自諧振頻率。在自諧振頻率前，電感的阻抗隨著頻率增加而變大;在自諧振頻率后，電感的阻抗隨著頻率增加而變小，就呈現容性。

7、允許誤差

電感量實際值與標稱之差除以標稱值所得的百分數。

允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。

一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為±0.2%±0.5%而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高，允許偏差為±10%±15%。

8、標稱電流

也叫額定電流，指線圈允許通過的電流大小，通常用字母A、B、C、D、E分別表示，標稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA 。額定電流是允許能通過一電感之連續直流電流強度，此直流電流的強度是基于該電感在最大的額定環境溫度中的最大溫升，額定電流與一電感由低的直流電阻以降低繞線的損失的能力有關，亦與電感驅散繞線的能量損失的能力有關，因此額定電流可借著降低直流電阻或增加電感尺寸來提高，對低頻的電流波形，其均方根電流值可以用來代替直流額定電流，額定電流與電感的磁性并無關連。

9、飽和電流Isat

在電感上加一特定量的直流偏壓電流，使電感的電感值下降，相對未加電流時的電感值下降10%(鐵氧體磁芯)或20% (鐵粉芯)，這個直流偏壓電流就叫該電感的飽和電流。空芯、陶瓷芯電感是沒有飽和電流的。

10、直流阻抗Rdc

電感的阻抗值是指其在電流下所有的阻抗的總和(復數) ,包含了交流及直流的部分，直流部分的阻抗值僅僅是繞線的直流電阻(實部)，交流部分的阻抗值則包括電感的電抗(虛部)。從這個意義上講, 也可以把電感器看成是"交流電阻器”。電感通過直流電時的電阻值。這個參數影響最大最直接的就是發熱損耗，所以直流阻抗越小損耗越少。減小Rdc與尺寸小型化等條件略有沖突。只要從上述的滿足電感、額定電流等必要特性的電感器當中，選定Rdc更小的產品即可。

11、阻抗頻率特性

理想電感的阻抗隨著頻率增加而增加，然而實際電感由于寄生電容和寄生電阻的存在，在一定頻率下呈現感性，超過一定頻率呈容性，阻抗反而隨著頻率的增加而減小，這個頻率就是轉折頻率。

12、居里溫度

居里溫度是鐵芯的一個重要參數，超過此溫度鐵氧體磁芯將失去磁性。因此要注意電感的工作溫度不能超過鐵芯的居里溫度。鐵芯的磁導率一般在接近居里溫度時會急速上升，因而電感值亦上升，居里溫度導磁率降至很低，因而使電感值急速下降，當導磁率下降至室溫下的10%時，其溫度稱之為居里溫度。

13、測試頻率

測試頻率用來測量電感的電感值或Q值的頻率，工業上常用的測試頻率包括：1KHz、79.6KHz、252KHz、796KHz、2.52MHz、7.96MHz、25.2MHz、50MHz，現在的趨勢是根據客戶的使用頻率作為測試頻率。

14、鐵芯損失(core loss)

鐵芯損失，簡稱鐵損，主要由渦流損與磁滯損造成。渦流損大小主要是看鐵芯材料是否容易「導電」;若導電率高，即電阻率低，渦流損就高，如鐵氧體的電阻率高，其渦流損就相對地低。渦流損也與頻率有關，頻率愈高，渦流損愈大，因此鐵芯材料會決定鐵芯適當的工作頻率。一般而言，鐵粉芯的工作頻率可到1MHz，而鐵氧體的工作頻率則可到10MHz。若工作頻率超過此頻率，則渦流損會快速增加，鐵芯溫度也會提高。然而，隨著鐵芯材料日新月異，更高工作頻率的鐵芯應是指日可待。

另一個鐵損是磁滯損，其與磁滯曲線所圍之面積成正比，即與電流交流成分的擺動(swing)幅度有關;交流擺幅愈大，磁滯損也愈大。

在電感器之等效電路中，常用一個并聯于電感的電阻來表示鐵損。當頻率等于SRF時，電感抗和電容抗抵消，等效電抗為零，此時電感器之阻抗即等效于此鐵損電阻串聯繞線電阻，且鐵損電阻已遠大于繞線電阻，所以在SRF時的阻抗就約等于鐵損電阻。以一低壓電感為例，其鐵損電阻約在20kΩ左右，若以電感兩端的有效值電壓5V來估算，其鐵損約為1.25mW，這也說明了鐵損電阻愈大愈好。

15、封裝結構(shield structure)

鐵氧體電感的封裝結構有非遮蔽式、加磁膠之半遮蔽式、與遮蔽式，而不論哪一種都存在相當的空氣隙。顯然此空氣隙會有漏磁發生，且最壞的情況是會干擾周遭之小信號電路，或者，如果附近有導磁材料，其電感值也因此被改變。另一種封裝結構為沖壓式鐵粉電感，由于電感內部沒有間隙，且繞組結構扎實，因此磁場散逸問題較小。圖10是利用RTO 1004示波器之FFT功能量測沖壓式電感上方及側邊3mm處之漏磁場大小。表4列出不同封裝結構電感的漏磁場大小比較，可看出非遮蔽式(non-shielded)電感之漏磁最嚴重;沖壓式(molded)電感的漏磁最小，顯示其磁遮蔽效果最好。這兩種結構的電感之漏磁場大小相差約14dB，也就是將近5倍。

16、耦合(coupling)

在一些應用當中，有時PCB上會有多組直流轉換器，通常會相鄰排列，且其對應之電感器也會相鄰排列的情況，如果使用非遮蔽式或加磁膠之半遮蔽式的電感器，可能會相互耦合，形成EMI干擾。因此，在放置電感時，建議先標注電感的極性，將電感最內層之起繞點接到轉換器之切換電壓，如降壓轉換器的VSW，即動點，而將電感之外層出線端接到輸出電容，即靜點;銅線繞阻也因此如同形成一定程度的電場遮蔽。在多路轉換器的布線安排中，固定電感的極性，有助于固定互感的大小，避免一些意想不到的EMI問題。

電感的選型要點

在電路設計中，電感主要有三大類應用：

功率電感：主要用于電壓轉換，常用的DCDC電路都要使用功率電感;

去耦電感、差模電感、共模電感：主要用于濾除電源線或信號線上的噪聲，EMC工程師應該熟悉;

高頻電感：主要用于射頻電路，實現偏置、匹配、濾波等電路。

正確選擇電感是非常重要的一步。以下是電感選型時需要注意的幾個要點：

1、電感值：感值是電感存儲磁能的能力，是電感最重要的參數之一。應根據電路的實際需求選擇具有合適感值的電感。一般來說，電感的感值越大，對電流的限制就越小，但也會影響電路的響應速度和阻抗等。

2、頻率響應：電感的頻率響應是指電感在不同頻率下表現的感值和阻抗。應根據電路的實際需求選擇具有合適頻率響應的電感。例如，如果電路中有高頻信號處理，就需要選擇具有較好頻率響應的電感，以保持信號的質量。

3、溫升和散熱：電感在工作時會產生熱量，應根據電路的實際需求選擇具有合適溫升和散熱能力的電感。例如，如果電路中的工作溫度較高，就需要選擇具有較好散熱能力的電感，以保持電路的性能穩定。

4、封裝方式和形狀：根據電路布局和空間要求選擇合適的封裝方式和形狀。不同的封裝方式和形狀具有不同的特點和適用場景，需要根據實際情況進行選擇。

5、注意導線(漆包線、紗包線或裸導線)，常用的漆包線。要找出最適合的線徑。

選型的依據要在電感規格書里查閱清楚：

1)了解電感封裝規格、外型尺寸;

2)了解電感基本靜態電氣參數及測試條件:

A)標稱電感量及誤差;B)額定電流;C)最大直流電阻值(D.C.R);D)品質因素(Q值)及諧振頻率(F0)(針對高頻電感);E)絕緣電阻及耐壓要求。

3)了解電感動態工作性能：A)電感量 vs 頻率;B)電感量 vs 工作電流;C)電感量 vs 工作環境溫度;D)表面溫升vs 工作電流。

4)了解電感的可靠性(機械強度、環境測試、持續耐久測試等)試驗定義的條件及具體要求。

5)了解電感制程裝配及焊接條件定義(可焊性測試、耐焊接熱測試)。

6)環保法律法規符合狀況查詢(歐盟RoHS、Reach以及無鹵等要求)。

不同電感的不同選型方法

關于差模電感的選型：

1、磁芯：要求磁芯材料在偏磁場下仍然能夠保持磁導率指標。適合制作差模電感器(扼流圈)的磁心材料是具有高Bs值的金屬磁粉心磁環和開路鐵氧體磁芯，但是考慮現在的EMI和EMC的要求。鐵鎳鉬、鐵鎳50、鐵硅鋁三種閉和磁路的金屬磁粉心磁環是最合適的。

2、線徑：可簡單通過電流密度(J=I/S，J表示電流密度、I表示輸入電流(有效值)、S表示差模電感繞組的橫截面積)評估，一般電流密度控制在小于10A/mm2，實際調試還是需要測試差模電感的溫度，溫度滿足規格書要求即可。

3、飽和電流：廠家生產出的差模電感成品，都會標注其飽和電流，正常工作時流入差模電感的電流需要小于等于規格書標注的飽和電流。

4、耐壓：異常狀態下(雷擊浪涌抗干擾測試項目等)，由于差模電感的特性，會抑制高頻瞬態能量，起到阻礙高頻電流流通，此時會導致在差模電感兩端產生較大的電動勢，形成電感兩端的電壓差。此時需要評估電感兩端產生的電壓差是否滿足線圈外層絕緣皮的耐壓。

5、電感值：可參考共模電感的電感值選型，即通過頻率阻抗曲線選擇合適的電感量。

關于插件式功率電感的選型：

1、封裝尺寸的參數信息：插件式功率電感封裝尺寸的參數信息主要指的是插件式功率電感的長、寬、高、引腳長度、引腳直徑等主要尺寸參數。因為這些尺寸信息反應的是插件式功率電感的物理形狀大小，直接關系到是否可以正確安裝到電路板上。

2、電性能的參數信息：插件式功率電感電性能的參數信息主要就是電流、感值、阻抗等方面的參數信息。不同型號的插件式功率電感參數信息是不同的。

3、結合功率電感的使用場合，如在何種回路上，一般功率電感可用于DC-DC電源回路、音頻電源回路、CPU電路等回路上;

4、如果是DC-DC回路，要求功率電感的自諧頻率要大于回路的頻率;

5、根據電路的設計選擇合適的電感值，如在DC-DC回路上，功率電感主要作用是儲能和濾波，一般大的感量對應強的濾波特性，但同時大感量會增加電感的RDC，影響電感的額定電流和響應速率，因此要合理選擇感量;

6、根據回路電流的大小選擇功率電感，功率電感一般有兩種電流，直流重疊電流及溫升許容電流，在選型時，需要以其中較小的作為額定電流值;

7、最后根據產品尺寸、焊盤等選擇相應尺寸的功率電感。

插件電感成本低，體積大，電感量范圍寬，種類齊全。但插件電感分類較多，在特性、特點、和作用上也是有很大的差別，生產的方式也不一樣。插件電感比較適用于產品空間內置電路板尺寸比較大的產品。插件電感可分為插件色環電感，插件工字型電感，插件三腳電感，插件臥式電感，共模電感，磁環電感。

電感在Layout時，應注意兩個電感不能緊鄰著放置，至少距離20mil以上。原因就是磁場會相互影響，從而影響感值，參考共模電感特性。電感選型要清楚器件的原理和應用，綜合考慮成本、降額、兼容性等多種因素，做最優的設計選型。