电感基础知识演示幻灯片.ppt

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1、1TRIOProgram2TRIOProgram電感電感所謂所謂的電感的電感(Inductor),Inductor),可以用一句話來說明可以用一句話來說明,即是即是僅由導線卷線而成的電子零件僅由導線卷線而成的電子零件,其與電阻器和電容器其與電阻器和電容器並列為電路上最基本的零件並列為電路上最基本的零件,是構成電路的主要零件是構成電路的主要零件.電感器中使用鐵芯的目的是為了將線圈所產生的磁電感器中使用鐵芯的目的是為了將線圈所產生的磁束束,全部拘限收束在鐵芯內部全部拘限收束在鐵芯內部,使電感器的周圍即使有使電感器的周圍即使有導電性的物體存在導電性的物體存在,也不會產生能量損失也不會產生能量損失.電

2、感為電感器最主要的特性電感為電感器最主要的特性,其定義是由流過卷線其定義是由流過卷線的電流和卷線與磁通的交漣數之比值的電流和卷線與磁通的交漣數之比值,即即=LI 另外另外,也有的流過卷線的電流之時間變化量和卷線也有的流過卷線的電流之時間變化量和卷線兩端所感應的電壓的比值來表示兩端所感應的電壓的比值來表示,即即 E=L E=LdIdt3TRIOProgram電感電感設一形狀一定之導體線圈設一形狀一定之導體線圈,匝數為匝數為N.當其線圈當其線圈中有電流中有電流I通過時通過時,電流產生磁場電流產生磁場;線圈所圍的面上線圈所圍的面上有磁通穿過有磁通穿過,設每匝線圈上都鏈有磁通設每匝線圈上都鏈有磁通,該

3、線圈所該線圈所鏈的磁鏈鏈的磁鏈,即等於匝數即等於匝數N與磁通與磁通的乘積的乘積.即即:=N如果線圈周圍沒有鐵磁物質如果線圈周圍沒有鐵磁物質,則則、與與I成正比成正比,其比值定義為電感或自感其比值定義為電感或自感(每單位電流所產生的通每單位電流所產生的通鏈數，稱為該電路的自感或電感鏈數，稱為該電路的自感或電感)，以，以L L表示。若線表示。若線圈中通過圈中通過1 1安培電流，產生安培電流，產生1 1韋匝的通鏈；其自感為韋匝的通鏈；其自感為1 1亨利。亨利。L=/I=N/I4TRIOProgram電感主要應用範圍遍及電腦週邊設備,通訊類和消費類電子產品等，如筆記本型電腦、主機板、數據機、VGA卡、

4、繪圖卡、數位相機、掃瞄器、行動電話、LCD MONITOR、ADSL MODEN與PDA等多項產品，具體如下：(1)(1)電腦資訊業：個人電腦，手提式電腦資訊業：個人電腦，手提式PCPC及其週邊裝置及其週邊裝置(2)(2)通訊機器業：多功能電話機，數據傳真機，手機通訊機器業：多功能電話機，數據傳真機，手機 (3)(3)民生電子業：數位電視，民生電子業：數位電視，VTRVTR (4)OA (4)OA 機器業：影印機，傳真機機器業：影印機，傳真機 (5)(5)IA IA 機器業：機器業：DVD Player,Web PadDVD Player,Web Pad (6)FCC (6)FCC 標準出口下

5、的所有電子產品標準出口下的所有電子產品產產品品應應用用5TRIOProgram電電 感感 常常 用用 材材 料料(一一)鐵心鐵心.(.(CORE)CORE)1.1.分類分類:(1).(1).按照形狀區分按照形狀區分:EEEE、EIEI、EFDEFD、R R、DRDR、EELEEL、EEREER、RMRM、UTDUTD、ETET、UUUU、EPEP、UT.UT.(2).(2).按其鐵芯材質分按其鐵芯材質分:軟性鐵氧體軟性鐵氧體(Soft ferrite)Soft ferrite)、鐵粉芯鐵粉芯(Iron Powder)Iron Powder)、鐵鎳合金鐵鎳合金(molypermalloy)mol

6、ypermalloy)、鐵硅鋁合金（鐵硅鋁合金（sendust)sendust)等等.6TRIOProgram電電 感感 常常 用用 材材 料料(二二)漆包線漆包線(Magnet Wive).Magnet Wive).1.1.分類分類:按照其銅線外層之漆膜材質區分按照其銅線外層之漆膜材質區分.以太平洋公司之銅線以太平洋公司之銅線為例為例.有以下種類有以下種類:(1)(1)聚乙烯甲醛漆包線聚乙烯甲醛漆包線(Polyviny formal)PVFPolyviny formal)PVF(2)(2)聚胺基甲酸脂漆包線聚胺基甲酸脂漆包線(Polyurethane)UEWPolyurethane)UEW(

7、3)(3)聚脂漆包線聚脂漆包線(Polyester)PEWPolyester)PEW(4)UEW(4)UEW外覆外覆NylonNylon漆包線漆包線 UEW-NY(UEWY)UEW-NY(UEWY)(5)PEW(5)PEW外覆外覆NylonNylon漆包線漆包線 PEW-NYPEW-NY7TRIOProgram電電 感感 常常 用用 材材 料料 等級等級YAEB FHH+C溫度溫度90105120130155180200220PVFPVFUEWPEWUEW-NYPEW-NYA AE-BFBF2.2.耐溫等級耐溫等級:8TRIOProgram電電 感感 常常 用用 材材 料料(三三)BASE/C

8、ASE/BOBBIN BASE/CASE/BOBBIN(四四)絕緣漆絕緣漆(凡立水凡立水).).(五五)套管套管.(六六)絕緣膠帶絕緣膠帶.(七七)絕緣膠絕緣膠(EPOXY)EPOXY)(八八)鐵夾鐵夾(CLIP)CLIP)銅腳銅腳9TRIOProgram鐵芯材質鐵芯材質按照鐵磁材料的磁性，其一般被分為兩大類：按照鐵磁材料的磁性，其一般被分為兩大類：一類是軟磁材料，如一類是軟磁材料，如Mn-ZnMn-Zn系或系或Ni-ZnNi-Zn系的軟性鐵系的軟性鐵氧體氧體(陶鐵磁體陶鐵磁體:ferrite)ferrite)及矽鋼片、及矽鋼片、Iron PowderIron Powder、MppMpp、Se

9、ndustSendust等合金系的鐵磁材料均屬之等合金系的鐵磁材料均屬之;一類是硬磁一類是硬磁(永磁永磁)材料，如鋁鎳鈷永磁、稀土鈷材料，如鋁鎳鈷永磁、稀土鈷永磁等。永磁等。10TRIOProgram鐵芯材質鐵芯材質電感器目前較常使用的材料為陶鐵磁體電感器目前較常使用的材料為陶鐵磁體(ferrite)ferrite)，鐵鐵粉心粉心(iron powder),iron powder),MPPMPP合金合金(molypermalloy molypermalloy cores)cores)與鐵硅鋁合金（與鐵硅鋁合金（sendust)sendust)等等.其中其中鐵粉心，鐵粉心，MPPMPP合金與鐵硅

10、鋁合金都非常適合用於做儲能電感器的合金與鐵硅鋁合金都非常適合用於做儲能電感器的設計，至於要選擇那種材料，則依其價格，重量，可設計，至於要選擇那種材料，則依其價格，重量，可用率，性能及製作的容易度來決定。其有以下特性用率，性能及製作的容易度來決定。其有以下特性:A.高的飽和磁通密度高的飽和磁通密度.B.高能量儲存容許能力高能量儲存容許能力.C.本身具有空氣隙本身具有空氣隙,不需在鐵芯上切割間隙不需在鐵芯上切割間隙.D.有較多的尺寸大小可供選擇有較多的尺寸大小可供選擇.11TRIOProgramIron Powder CoresIron Powder Cores GENERAL MATERIAL

11、PROPERTIESGENERAL MATERIAL PROPERTIES Material Material 材質材質Initial Initial Permeability Permeability iiPermeability with DC Bias Permeability with DC Bias Hdc=50 OerstedsHdc=50 Oersteds2 28 8141418182626404045455252101035351414555575756060100100757510(100%)10(100%)31.9(91%)31.9(91%)14(100%)14(100%)

12、40.7(74%)40.7(74%)38.3(51%)38.3(51%)37.2(62%)37.2(62%)46(46%)46(46%)44.3(59%)44.3(59%)12TRIOProgramINITIAL PERMEABILITY V.S.FREQUENCYFrequency(Hertz)Initial Permeability13TRIOProgram一、電感值一、電感值電感的一個主要特性，是能抑制流經電流的改變。一個電感器的電感值會受鐵芯之材質，鐵芯之形狀及尺寸，繞線的圈線及線圈的形狀等所影響。電感的單位為亨利（H）.1H=103mH=106uH=109nH=1012pH 電感值通

13、常以mH或或uH為單位.14TRIOProgram二、電感值公差二、電感值公差15TRIOProgram三.RDC 直流電阻值：定義：當定義：當=0=0時，時，Z=RZ=R，而此時電路為直流電路，此而此時電路為直流電路，此時的電阻值來自於內部導線的阻抗特性。時的電阻值來自於內部導線的阻抗特性。直流電阻對電流起阻礙作用直流電阻對電流起阻礙作用,它與導線的橫截面它與導線的橫截面S S成反比成反比,與導線長度成正比。與導線長度成正比。一般電感元件一般電感元件RDCRDC越小越好越小越好,某值越小，則直流越某值越小，則直流越容易通過容易通過,消耗功率愈小消耗功率愈小,元件本身越不容易發熱。元件本身越不

14、容易發熱。16TRIOProgram四.IDC 直流額定電流值 此為電感材料的直流偏流特性此為電感材料的直流偏流特性(Current Bias)Current Bias)，當當Bias Bias 電流提高到額定電流值時，因磁束已達飽和電流提高到額定電流值時，因磁束已達飽和狀態狀態，此時若再增加電流時，電感量則逐漸遞減。此時若再增加電流時，電感量則逐漸遞減。直流額定電流值愈大愈好直流額定電流值愈大愈好,電流值愈大表示承受電電流值愈大表示承受電流能力愈大。流能力愈大。電感電感 L LBias Bias 電流電流17TRIOProgram五.Q 品質系數 電感的品質系數是量測一電感相對損失，電感的品

15、質系數是量測一電感相對損失，反映反映元件元件品質好壞品質好壞的指標，其為某一周期電感的指標，其為某一周期電感儲存能量和消耗儲存能量和消耗能量的比值能量的比值,又稱品質因子又稱品質因子。電感的電感的Q Q值定義為感抗與有效電阻之比，如下所示：值定義為感抗與有效電阻之比，如下所示：Q=Q=XLR2fL R18TRIOProgram本身的物體結構的特性與頻率產生的自諧振界限本身的物體結構的特性與頻率產生的自諧振界限(感感性性 容性容性)。六.f 頻率七.SRF 自諧頻率周期的倒數，每秒鐘交流信號變化的周期次數。周期的倒數，每秒鐘交流信號變化的周期次數。19TRIOProgram八.Irms 有效電流

16、九.Isat 飽和電流 額定最大可通過的電流。額定最大可通過的電流。十.T 溫升 在空氣中一元件之表面溫度因元件內部能量的釋在空氣中一元件之表面溫度因元件內部能量的釋放所造成的溫度增加量。放所造成的溫度增加量。20TRIOProgram十一.Z阻抗值一電感的阻抗值是指其在電流下所有阻抗的總和，包一電感的阻抗值是指其在電流下所有阻抗的總和，包含了交流及直流的部份，直流部份的阻抗值僅僅是繞含了交流及直流的部份，直流部份的阻抗值僅僅是繞線的直流電阻，交流部份的阻抗值包含電感的電抗，線的直流電阻，交流部份的阻抗值包含電感的電抗，下列的方程式用來計算一理想電感下列的方程式用來計算一理想電感(沒有能量損失

17、沒有能量損失)在在一正弦波交流訊號下的電抗：一正弦波交流訊號下的電抗：Z=XZ=XL L=2=2fL此式說明一較高的阻抗值可由較高的電感值或在較高此式說明一較高的阻抗值可由較高的電感值或在較高的頻率下得到，此外，表面效應及鐵損亦會增加一電的頻率下得到，此外，表面效應及鐵損亦會增加一電感的阻抗值。感的阻抗值。21TRIOProgram(一)分類 電感器一般可分為電感器一般可分為:電源濾波扼流圈、交流扼流圈電源濾波扼流圈、交流扼流圈(包包括電感線圈括電感線圈)和飽和扼流圈等和飽和扼流圈等.1.1.電源濾波扼流圈電源濾波扼流圈.電源濾波扼流圈主要用於平滑整流后的直流成分電源濾波扼流圈主要用於平滑整流

18、后的直流成分,減小減小其波紋電壓其波紋電壓,以滿足電子設備對直流電源的要求以滿足電子設備對直流電源的要求.2.2.交流扼流圈交流扼流圈.交流扼流圈用於交流回路中交流扼流圈用於交流回路中,作為平衡作為平衡,鎮流鎮流,限流和濾限流和濾波等感性元件來使用波等感性元件來使用.22TRIOProgram 3.3.電感線圈電感線圈.電感線圈多用於高頻電路中電感線圈多用於高頻電路中,如濾波器用電感線圈如濾波器用電感線圈,振振蕩回路電感線圈蕩回路電感線圈,高頻扼流圈高頻扼流圈,噪音濾波線圈噪音濾波線圈.電感線圈電感線圈的鐵芯以使用鐵氧體磁心及鐵粉芯較多也有采用坡莫的鐵芯以使用鐵氧體磁心及鐵粉芯較多也有采用坡莫

19、粉未磁心粉未磁心.非晶質等軟磁合金等非晶質等軟磁合金等.電感線圈的主要技術電感線圈的主要技術指標為電感量和品質因數指標為電感量和品質因數,在某些場合對電感的溫度穩在某些場合對電感的溫度穩定性也有一定的要求定性也有一定的要求.4.4.飽和扼流圈飽和扼流圈.飽和扼流圈用於穩壓和調壓線路中飽和扼流圈用於穩壓和調壓線路中,通過調節交流電路通過調節交流電路中的感抗來達到穩定或調節電壓的目的中的感抗來達到穩定或調節電壓的目的.其主要應用在其主要應用在大功率或特殊要求之場合大功率或特殊要求之場合.(一)分類 23TRIOProgram(二)各類電感簡介 磁性放大器使用於開關式電源供應器磁性放大器使用於開關式

20、電源供應器(SPS)SPS)中中,在高頻在高頻應用時應用時,具有低損失和高效率的特性具有低損失和高效率的特性.磁性放大穩壓器磁性放大穩壓器是利用飽和磁性的方式來控制電能是利用飽和磁性的方式來控制電能,此乃利用方型磁滯此乃利用方型磁滯曲線的特性曲線的特性,其由一個環形鐵芯及繞線來組成其由一個環形鐵芯及繞線來組成,可將磁可將磁性放大器視為一個磁性開關性放大器視為一個磁性開關,其動作為調整脈波寬度因其動作為調整脈波寬度因此我們可以說它為磁性的脈波寬度調變此我們可以說它為磁性的脈波寬度調變(PWM PWM）1.磁性放大穩壓器24TRIOProgram1.磁性放大穩壓器在實際動作情況下在實際動作情況下,

21、一個理想的磁性放大器其特性為一個理想的磁性放大器其特性為:(1).Br/Bm(1).Br/Bm的方形比率愈高愈好的方形比率愈高愈好.(2).(2).HcHc矯頑磁力愈小愈好矯頑磁力愈小愈好.(3).(3).BsBs飽和磁通愈大飽和磁通愈大,以愈小的鐵心截面積以愈小的鐵心截面積 A A及繞組及繞組N N就可以控制大電壓就可以控制大電壓.一般磁性放大器是設計在交換式電源供應器的二次側一般磁性放大器是設計在交換式電源供應器的二次側來控制來控制P.W.M,P.W.M,即在輸出的點來反應誤差的電壓即在輸出的點來反應誤差的電壓.(P.W.MP.W.M指脈波寬度調變指脈波寬度調變).).25TRIOProg

22、ram2.輸出儲能電感(抗流線圈)某些電源輸出線路中某些電源輸出線路中,須用到儲能電感須用到儲能電感,儲能電感儲能電感有以下之功能有以下之功能.(1).(1).降低輸出電壓之漣波降低輸出電壓之漣波.(2).(2).減小輸入電流之峰值減小輸入電流之峰值,降低輸入電容器之濾降低輸入電容器之濾波電流波電流.(3).(3).降低交換功率電晶體之集极電流峰值降低電晶體降低交換功率電晶體之集极電流峰值降低電晶體 在在ON,OFFON,OFF時的交換損失時的交換損失.(4).(4).降低輸出電容器的濾波電流降低輸出電容器的濾波電流.(5).(5).減小輕負載時之負載變動減小輕負載時之負載變動.(6).(6)

23、.降低整流器之峰值電流降低整流器之峰值電流26TRIOProgram2.輸出儲能電感(抗流線圈)在設計考慮上在設計考慮上,抗流線圈與輸出電容形成低通濾波器抗流線圈與輸出電容形成低通濾波器,一般在設計上選擇較小的抗流線圈電感與較大的電容一般在設計上選擇較小的抗流線圈電感與較大的電容值值,其原因如下其原因如下:A.A.有較小的突波阻抗有較小的突波阻抗(SURGE IMPEDENCE),SURGE IMPEDENCE),當負載電當負載電流為步階式變化時有較好的暫態特性流為步階式變化時有較好的暫態特性.B.B.在相同的儲能能力下在相同的儲能能力下,實際電感的損失比電容大實際電感的損失比電容大,故選擇較

24、小的電感故選擇較小的電感.C.C.零件成本較低零件成本較低,體積較小體積較小,重量較輕重量較輕.27TRIOProgram3.常模與共模扼流圈 在防止干擾的對策中在防止干擾的對策中,經常采用電感器或電容器經常采用電感器或電容器,在在使用的電感器中使用的電感器中,又可分為常模扼流線圈又可分為常模扼流線圈(normal mode normal mode choke)choke)及共模扼流線圈及共模扼流線圈(common mode choke)common mode choke)(1).(1).常模扼流線圈常模扼流線圈:常模扼流線圈系與訊號串聯插入常模扼流線圈系與訊號串聯插入,藉以產生電抗作用藉以產

25、生電抗作用,電源濾波器上用的常模扼流線圈電源濾波器上用的常模扼流線圈,系利用損失較大的金系利用損失較大的金屬族系粉未為材料的鐵芯纏以繞線所構成的單一扼流屬族系粉未為材料的鐵芯纏以繞線所構成的單一扼流線圈線圈,使用高損失鐵芯的原因系為抑制受有雜訊干擾的使用高損失鐵芯的原因系為抑制受有雜訊干擾的扼流線圈本身以及電感器與電感器兩者所產生的諧振扼流線圈本身以及電感器與電感器兩者所產生的諧振現象現象,並防止非必要的振蕩信號的進入並防止非必要的振蕩信號的進入.28TRIOProgram3.常模與共模振流圈(2).(2).共模扼流線圈共模扼流線圈:共模扼流線圈是對共模雜音干擾信號具有效用共模扼流線圈是對共模

26、雜音干擾信號具有效用,其所用其所用兩組繞線繞在同一鐵芯中兩組繞線繞在同一鐵芯中:(a).(a).與常態電流對應時與常態電流對應時,阻流圈不產生作用阻流圈不產生作用.(b).b).與共模電流對應時與共模電流對應時,阻流圈產生作用阻流圈產生作用.29TRIOProgram1.主機板應用例 如圖所示，其為電腦主機板上之電源輸入端電路如圖所示，其為電腦主機板上之電源輸入端電路圖，由交換式電源供應器輸出之圖，由交換式電源供應器輸出之DC+5VDC+5V電壓，經此電電壓，經此電路濾波整流后，得到路濾波整流后，得到DC+1.3VDC+1.3V伏左右之低壓大電流信伏左右之低壓大電流信號，供給主機板上之各元件所

27、需電能。號，供給主機板上之各元件所需電能。具體到我司之具體到我司之TCTC類電感，其在主機板上主要用作類電感，其在主機板上主要用作L2L2或或L4L4。L2L2輸入電感主要系用來濾除輸入電感主要系用來濾除EMIEMI干擾雜訊，干擾雜訊，L4L4直直流輸出電感則主要用來儲能，以提供給其它元件所需流輸出電感則主要用來儲能，以提供給其它元件所需的電能。的電能。30TRIOProgram1.主機板應用例 由於在目前主機板線路的設計中，其輸出電壓不斷由於在目前主機板線路的設計中，其輸出電壓不斷降低，降低，電流則不斷升高，這就對直流輸出電感電流則不斷升高，這就對直流輸出電感(L4)L4)提提出了更高要求，

28、故如我司之電感制造廠商亦需品質更出了更高要求，故如我司之電感制造廠商亦需品質更佳的磁芯來使所制作出的電感能夠在較小的體積下儲佳的磁芯來使所制作出的電感能夠在較小的體積下儲存更多的能量，提供更大的電流。有時設計者會將存更多的能量，提供更大的電流。有時設計者會將L4L4輸出電感設計為由多個電感並聯的方式，來滿足所需輸出電感設計為由多個電感並聯的方式，來滿足所需.當使用品質優異的鐵芯來制作電感時，其價格亦可當使用品質優異的鐵芯來制作電感時，其價格亦可能較貴，但從整體設計角度考量，當電感品質較佳時，能較貴，但從整體設計角度考量，當電感品質較佳時，其對電路中電容的要求則可遷當降低，故其總成本應其對電路中

29、電容的要求則可遷當降低，故其總成本應可有望降低，故在電感設計中選擇鐵芯時，不可單從可有望降低，故在電感設計中選擇鐵芯時，不可單從其價格的高低去考慮其價格的高低去考慮.31TRIOProgram2.開關式（交換式）電源供應器應用例 如圖，其為電腦電源供應器如圖，其為電腦電源供應器(交換式電源供應器交換式電源供應器)之之示意簡圖。示意簡圖。從從AC Line AC Line 端輸入之市電端輸入之市電(220(220V/110V)V/110V)經整流及功率經整流及功率因數校正后輸入高頻變壓器降壓、整流、濾波后，得因數校正后輸入高頻變壓器降壓、整流、濾波后，得到到DC+5VDC+5V及及DC+12VD

30、C+12V等之直流輸出信號，其主輸出端等之直流輸出信號，其主輸出端(DC+5V)DC+5V)又經負反饋回路之比較放大及又經負反饋回路之比較放大及P.W.M(P.W.M(脈波寬度脈波寬度調變調變)電路，反饋到變壓器輸入端之控制電路。電路，反饋到變壓器輸入端之控制電路。32TRIOProgram2.開關式（交換式）電源供應器應用例在電路中，電容與電感元件等形成濾波電路，其當電在電路中，電容與電感元件等形成濾波電路，其當電容通過放電，釋放電能時，容通過放電，釋放電能時，IcIc逐漸降低逐漸降低，在此期間，在此期間，電感之電感之I IL L則逐漸升高則逐漸升高，而而IcIc與與I IL L之和基本保持不變，亦之和基本保持不變，亦即其濾波電路輸出之電流基本保持不變。即其濾波電路輸出之電流基本保持不變。33TRIOProgram謝謝各位謝謝各位!