技术大牛教你电感如何选型文档格式.docx

1、根据理论推导，圆柱形线圈的电感公式如下：可以看出电感的大小与线圈的大小及内芯的材料有关。实际电感的特性不仅仅有电感的作用，还有其他因素，如： 绕制线圈的导线不是理想导体，存在一定的电阻； 电感的磁芯存在一定的热损耗； 电感内部的导体之间存在着分布电容。因此，需要用一个较为复杂的模型来表示实际电感，常用的等效模型如下：等效模型形式可能不同，但要能体现损耗和分布电容。根据等效模型，可以定义实际电感的两个重要参数。自谐振频率（Self-Resonance Frequency）由于Cp的存在，与L一起构成了一个谐振电路，其谐振频率便是电感的自谐振频率。在自谐振频率前，电感的阻抗随着频率增加而变大；在自

2、谐振频率后，电感的阻抗随着频率增加而变小，就呈现容性。品质因素（Quality Factor）也就是电感的Q值，电感储存功率与损耗功率的比，Q值越高，电感的损耗越低，和电感的直流阻抗直接相关的参数。自谐振频率和Q值是高频电感的关键参数二、电感的工艺结构电感的工艺大致可以分为3种：2.1 绕线电感（Wire Wound Type）顾名思义就是把铜线绕在一个磁芯上形成一个线圈，绕线的方式有两种：圆柱形绕法（Round Wound）圆柱形绕法很常见，应用也很广，例如：图片来自Bing，彩虹圈，应该是出彩中国人平面形绕法（Flat Wound）平面形绕法也很常见，大家一定见过一掰就断的蚊香平面形绕法优

3、点很明显，就是减小了器件的高度。由前文的公式可知，磁芯的磁导率越大，电感值越大，磁芯可以是 非磁性材料：例如空气芯、陶瓷芯，貌似就不能叫磁芯了；这样电感值较小，但是基本不存在饱和电流 铁磁性材料：例如铁氧体、波莫合金等等；合金磁导率比铁氧体大；铁磁性材料存在磁饱和现象，有饱和电流。绕线电感可提供大电流、高感值；磁芯磁导率越大，同样的感值，绕线就少，绕线少就能降低直流电阻；同样的尺寸，绕线少可以绕粗，提高电流。另外，电源设计中，经常遇到电感啸叫的问题，本质就是磁场的变化引起了导体，也就是线圈的振动，振动的频率刚好在音频范围内，人耳就可以听见，合金一体成型电感，比较牢固，可以减少振动。2.2 多层

4、片状电感（Multilayer Type）多层片状电感的制作工艺：将铁氧体或陶瓷浆料干燥成型，交替印刷导电浆料，最后叠层、烧结成一体化结构（Monolithic）。引自The Wonders of Electromagnetism多层片状电感的比绕线电感尺寸小，标准化封装，适合自动化高密度贴装；一体化结构，可靠性高，耐热性好。引申阅读：搜索关键词LTCC、Thick Film2.3 薄膜电感（Thin Film Type）薄膜电感采用的是类似于IC制作的工艺，在基底上镀一层导体膜，然后采用光刻工艺形成线圈，最后增加介质层、绝缘层、电极层，封装成型。薄膜器件的制作工艺，如下图所示本文作者翻译，原

5、图出自The Wonders of Electromagnetism本文作者翻译，原图出自The Wonders of Electromagnetism光刻工艺的精度很高，制作出来的线条更窄、边缘更清晰。因此，薄膜电感具有 更小的尺寸，008004封装 更小的Value Step，0.1nH 更小的容差，0.05nH 更好的频率稳定性谁能告诉我Value Step如何翻译才信达雅？ Murata Develops Worlds Smallest Chip Inductor - 008004 size （0.25 x 0.125 mm） ATFC-Thin-Film-Inductor What

6、is Thin Film What is Thin Film?三、电感的应用及选型电感，从工艺技术上，领先的基本上是三大日系厂商：TDK、Murata、Taiyo Yuden。这三家的产品线完整，基本上可以满足大多数需求。三家都有相应的选型软件，有电感、电容等所有系列的产品及相关参数曲线。 SEAT 2013 - TDK Simsurfing - Murata Taiyo Yuden Components Selection Guide & Data Library个人感觉TDK和Murata更领先一点，从官网的质量看出来的，像Coilcraft的官网就low一点，毕竟网站也是需要投资的。在电

7、路设计中，电感主要有三大类应用： 功率电感：主要用于电压转换，常用的DCDC电路都要使用功率电感； 去耦电感：主要用于滤除电源线或信号线上的噪声，EMC工程师应该熟悉； 高频电感：主要用于射频电路，实现偏置、匹配、滤波等电路。3.1 功率电感功率电感通常用于DCDC电路中，通过积累并释放能量来保持连续的电流。功率电感大都是绕线电感，可以提高大电流、高电感；原图出自Murata Chip Inductor Cata多层片状功率电感也越来越多，通常电感值和电原图出自Murata Chip Inductor Catalog功率电感需要根据所选的DCDC芯片来选型。通常，DCDC芯片的规格书上都有推荐

8、的电感值，以及相关参数的计算，这里不再赘述。从电感本身的角度来说明如何选型。上图截图来自TY-COMPAS电感值通常应使用DCDC芯片规格书推荐的电感值；电感值越大，纹波越小，但尺寸会变大；通常提高开关频率，可以使用小电感，但开关频率提高会增加系统损耗，降低效率；额定电流功率电感一般有两个额定电流，即温升电流和饱和电流；当电感有电流通过的时候，由于损耗的存在，电感发热而产生温升，电流越大，温升越大；在额定的温度范围内，允许的最大电流即为温升电流。增加磁芯的磁导率，可以提高电感值，通常使用铁磁性材料做磁芯。铁磁性材料存在磁饱和现象，即当磁场强度超过一定值时，磁感应强度不在增加，即磁导率下降了，也

9、就是电感下降了。在额定电感值范围内，允许的最大电流即为饱和电流。磁滞回线：磁性材料-铁氧磁体,比重计，多孔性材料密度仪，液体密度计，固体颗粒体积测试仪，磁性材料密度仪通常对DCDC电路设计，要计算峰值（PEAK）电流和均方根（RMS）电流，通常规格书中会给出计算公式。温升电流是对电感热效应的评估，根据焦耳定律，热效应需要考虑一段时间内的电流对时间的积分；选择电感时，设计RMS电流不能超过电感温升电流。为了保证在设计范围内电感值稳定，设计峰值电流不能超过电感的饱和电流。为了提高可靠性，降额设计是必须的，通常建议工作值应降额到不高于额定值的80%。当然降额幅度过大会大幅提高成本，需要综合考虑。直流

10、电阻电感的直流电阻会产生热损耗，导致温升，降低DCDC效率；因此，当对效率敏感时，应选择直流阻抗低的电感，例如15毫欧。还有就是根据产品的应用温度要求、是否需要满足RoHS、汽车级Q200等标准的要求、还有PCB结构限制。大电流的应用，电感的漏磁就会相当可观，会对周围电路，例如CPU等造成影响。我之前就遇到过X86的CORE电的电感漏磁造成CPU无法启动的现象。因此，大电流应用，应选择屏蔽性能好的电感并且Layout时注意避开关键信号。Inductors for Power Lines3.2 去耦电感去耦电感也叫Choke，教科书上通常翻译成扼流圈。去耦电感的作用是滤除线路上的干扰，属于EMC

11、器件，EMC工程师主要用来解决产品的辐射发射（RE）和传导发射（CE）的测试问题。去耦电感，通常结构比较简单，大都是铜丝直接绕在铁氧体环上。个人觉得可以分为差模电感和共模电感。这里不再赘述共模和差模的概念。差模电感差模电感就是普通的绕线电感，用于滤除一些差模干扰，主要就是与电容一起构成LC滤波器，减小电源噪声。对于220V市电，差模干扰就是L相到N相之间的干扰；对POE来说，就是POE+和POE-之间的干扰；对于主板上的低压直流电源，其实就是电源噪声。差模电感选型需要注意一下几点： 直流电阻、额定电压和电流，要满足工作要求； 结构尺寸满足产品要求； 通过测试确定噪声的频段，根据电感的阻抗曲线选

12、择电感； 设计LC滤波器，可以做简单的计算和仿真。 磁珠（Ferrite Bead），也常用来滤除主板上的低压直流电源的噪声，但磁珠与去耦电感有区别的。 磁珠是铁氧体材料烧制而成，高频时铁氧体的磁损耗（等效电阻）变得很大，高频噪声被转化成热能耗散了； 去耦电感是线圈和磁芯组成，主要是线圈电感起作用； 磁珠只能滤除较高频的噪声，低频不起作用； 去耦电感可以绕制成较高感值，滤除低频噪声。磁珠等效电路模型引申阅读：Understanding Ferrite Beads and Applications引申阅读：Ferrite Bead Inductors共模电感共模电感就是在同一个铁氧体环上绕制两个

13、匝数相同、绕向相反的线圈。如上图所示的共模电感： 当有共模成分流过共模电感时，根据右手定则，会在两个线圈形成方向相同的磁场，相互加强，相当于对共模信号存在较高的感抗； 当有差模成分流过共模电感时，根据右手定则，会在两个线圈形成方向相反的磁场，相互抵消，相当于对差模信号存在较低的感抗。换一个方式理解：当V+上流过一个频率的共模干扰，形成的交变磁场，会在另一个线圈上形成一个感应电流，根据左手定则，感应电流的方向与V-上共模干扰的方向相反，就抵消了一部分，减小了共模干扰。共模电感主要用于双线或者差分系统，如220V市电、CAN总线、USB信号、HDMI信号等等。用于滤除共模干扰，同时有用的差分信号衰

14、减较小。共模电感选型需要注意一下几点： 直流阻抗要低，不能对电压或有用信号产生较大影响； 用于电源线的话，要考虑额定电压和电流，满足工作要求； 通过测试确定共模干扰的频段，在该频段内共模阻抗应该较高； 差模阻抗要小，不能对差分信号的质量产生较大影响； 考虑封装尺寸，做兼容性设计。例如用于USB信号的共模电感，选择封装可以与两个0402的电阻做兼容，不需要共模电感时，可以直接焊0402电阻，降低成本。下图是某共模电感的共模阻抗和差模阻抗。如果共模干扰频率在10MHz左右，滤波效果很好，但如果是100kHz，可能就没什么效果。如果差分信号速率较高，100M以上，可能就会影响信号质量。Common mode choke coils3.3 高频电感高频电感主要应用于手机、无线路由器等产品的射频电路中，从100MHz到6GHz都有应用。高频电感在射频电路中主要有以下几种作用： 匹配（Matching）：与电容一起组成匹配网络，消除器件与传输线之间的阻抗失配，减小反射和损耗； 滤波（Filter）：与电容一起组成LC滤波器，滤出一些不想要的频率成分，防止干扰器件工作； 隔离交流（Choke）：在PA等有源射频电路中，将射频信号与直流偏