電感元件介紹

第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一A.基本原理

電感係屬電子被動元件,其作用在抑制電流的變化,亦常被稱之為”交流電阻”,其抑制電流變化的功能及磁場儲存能量的能力為電感最有效能的特性,電流流經(jīng)一電感時會產(chǎn)生磁場,而磁場的變化會在產(chǎn)生電流的方向感應一電壓,這種抑制電流變化的特性被稱之為電感值,由一電流變化而在電感兩端產(chǎn)生的電壓可被定義成:V=Ldi/dt

因而感應電壓正比於電感值及電流變化速率.A.基本原理第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一

一般電感器除了理想電感成份外,在(鐵)芯內(nèi)外均有各式不理想成份存在。在(鐵)芯外,有因輸出導腳間、以及繞線間之並聯(lián)等效電容,以及導腳和繞線所形成之串聯(lián)等效電阻。在(鐵)芯內(nèi),有磁化延遲,磁滯損失以及渦流損失等形成之串、並聯(lián)等效電阻。一般將之簡化為如下圖之近似等效電路。A.基本原理電感器之近似等效電路第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一B.名詞參數(shù)

1.靜態(tài)電感值L0(Inductance):

在無任何外加電流負載情況下的起始電感值,一般使用

LCRMeter測試.B.名詞參數(shù)2.測試頻率f(Frequency):

使用LCRMeter測試時的頻率條件.其頻率輸出為一無負載之正弦波訊號.3.測試電壓V(Voltage):

使用LCRMeter測試時的電壓條件.Bpk=Vrms/4.44ANf環(huán)型線圈磁束密度計算公式第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一4.電感值公差(InductanceTolerance):

標準電感值公差一般以英文字母表示如下表:B.名詞參數(shù)5.額定電流Irms(RateCurrent):

泛指電感線圈通過電流負載時,因銅線阻抗所造成的溫昇達到額定溫度時的電流值,決定銅線溫昇的主因為直流損耗及高頻集膚效應.LetterToleranceLetterToleranceJ±5%M±20%K±10%N±30%L±15%W=I2xDCR銅線損耗計算第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一B.名詞參數(shù)6.飽和電流Isat(SaturationCurrent):

當電流上升而導致電感值下降的現(xiàn)象稱之為磁飽和,電感的飽和電流會隨著製造廠的定義有所不同,常見為導致靜態(tài)電感達到80%為標準.下圖為磁飽和示意:B=?/AB:磁束密度?:磁力線數(shù)A:磁體截面積H=NI/

l

H:磁場強度N:銅線圈數(shù)I:電流l:平均磁路徑μ

=B/Hμ:導磁率L

=μN2A/lμ’μ”μ”>μ’的現(xiàn)象稱為磁飽和第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一7.銅線阻抗DCR(DCResistance):

靜態(tài)測試時的銅線阻抗,可藉由DCR值的大小來判定電感的額定電流值是否正確.

B.參數(shù)定義8.導磁率μ(Permeability):導磁率是以描述材料被磁化之難易程度,亦即導通磁力線之

能力.對相同材料而言,導磁率並非一個定常數(shù),其與外加磁

場強度(H)及磁通密度(B)之比例有關。第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一9.AL值:由於使用透磁率換算電感值時需要冗長的計算程序，所以供應商都會提供比較容易執(zhí)行換算的AL值.B.名詞參數(shù)L=ALxN2AL公式應用10.CoreLoss:

磁性材料在磁電能量轉(zhuǎn)換當中,會有能量轉(zhuǎn)換的功率損耗,

通常耗功以熱能方式表現(xiàn),可分類如下:a.磁滯損耗(低頻影響大)b.渦流損耗(高頻影響大)c.剩餘損耗(一般忽略不記)第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一C.電感分類

由於電感的形成乃是由導電體繞過磁性體後,形成一環(huán)狀迴路稱之為線圈,而其形式更是複雜多變,大致上可以依下列所示區(qū)分:1.SMD表面黏著式.1.1積層式晶片電感:常用於抑制電子迴路上的低功率高頻雜訊.各式應用皆能發(fā)現(xiàn)其蹤跡.QT,QTLSERIESQHLSERIESC.電感分類第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一1.2繞線式晶片電感:提供高電流特性的晶片電感.

常見應用實例如:LCDMonitor,DVDRecorder,xDSL,CableModem,MotherBoard,VGACard,NotebookPC…………..CMLSERIESQPISERIES開放型磁路開放型磁路C.電感分類第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一1.3開磁路SMD功率電感:適用於各式DC/DC儲能電感運用.QPCSERIESSPTSERIES開放型磁路開放型磁路C.電感分類第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一1.4閉磁路SMD功率電感:適用於各式DC/DC儲能電感運用.QPCRSERIESQPCRHSERIESC.電感分類封閉型磁路封閉型磁路第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一

2.DIP插件式.2.1色碼電感:ALSERIESDRSERIES2.2開磁路工字型電感開放型磁路開放型磁路C.電感分類第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一DRRSERIES2.2閉磁路工字型(加磁套)電感C.電感分類2.3開磁路棒型電感:RSERIES開放型磁路封閉型磁路第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一MSERIES2.4閉磁路環(huán)型電感:適用於各式大電流電源儲能電感運用.

常見應用實例如:主機板、伺服器、電源供應器、多功能事務機、直流轉(zhuǎn)換器……..封閉型磁路C.電感分類第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一D.磁性材料D.磁性材料

電感設計時,磁性材料的選擇是不可或缺的條件,正確的磁性材料選擇除了會讓特性應用更佳外,在價格上及安全考量上也會有突出的表現(xiàn).

簡易應用分類:1.電壓轉(zhuǎn)換(Ferrite,Amorphous,矽鋼片)2.電感儲能(PowderCore,GappedFerrite)3.電感耗能(Ferrite,Amorphous,Air)第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一磁性材料簡表D.磁性材料第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一Ferrite

Mn-Zn:優(yōu)點:導磁率高,低能量轉(zhuǎn)換損耗,飽和磁束密度高.

缺點:電阻值低,導磁律公差較大,熱敏感度高.Ni-Zn:優(yōu)點:電阻值高,價格低,容易加工…..

缺點:飽和磁束密度低,熱敏感度高.D.磁性材料第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一Ferrite材料特性(Mn-Zn)D.磁性材料第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一Ferrite材料特性(Mn-Zn)D.磁性材料第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一Ferrite材料特性(Ni-Zn)D.磁性材料第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一Ferrite材料特性(Ni-Zn)D.磁性材料第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一D.磁性材料PowderCore

單位導磁體以粉末組成,粉末顆粒間使用絕緣接著劑區(qū)隔,造成材料內(nèi)部擁有許多空氣隙(AirGap),以達到磁場強度增加時有較低的磁束密度變化,常用在電感儲能的應用.第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一D.磁性材料PowderCore(磁飽和計算)第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一F.電感選擇

在此探討主機板VRM迴路中所需要的電感,以下為三相脈衝調(diào)變輸出迴路示意:F.電感選擇第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一L1:為VRM前級先行作12V輸入電壓濾波,在VRM10.x標準中其最大負載電流為9.17A,由於磁場強度不大,因此可以使用容易製作的環(huán)型線圈或是棒型線圈設計.

基本上選用時以尺寸及單價為最大設計考量.F.電感選擇常見使用電感值為:1.0uH~2.2uH第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一L2L3L4:為VRM迴路之輸出濾波電感,其電感需求會隨著電源管理IC的脈沖輸出頻率上升而下降,由於其輸出電流往往達到30A~40A的高負載,所以對於直流阻抗的要求就相對嚴苛,一般來說DCR必須小於1.0mohm的標準,在加上電流偵測迴路需加上DCR條件盡F.電感選擇脈衝調(diào)變頻率常用電感值100KHz~200KHz0.8uH~1.6uH200KHz~300KHz0.5uH~1.0uH300KHz~500KHz0.25uH~0.5uH500KHz以上0.5uH以下PWM調(diào)變頻率對電感值的選用表第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一

目前VRM10.x的設計規(guī)格是由CPU大廠Intel所提出,其公板VRM迴路設計時強調(diào)縮短CPU間傳輸距離,其目的是降低傳輸?shù)闹绷鲹p耗,並藉由CPU上方的風扇來協(xié)助VRM迴路散熱,為符合此散熱設計方式,電感線圈高度必須限制在10mm以下.F.電感選擇VRMChoke特性範例第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一G.Noise

由於主機板上電壓調(diào)整模組(VRM)的電流負載趨勢越來越高,導致電感線圈必須擁有高儲能特性,而這些高儲能特性的需求必須藉由磁性材料間的空氣隙(AirGap)來達成,相對也容易造成導磁單體間的磁壁磨擦,藉由空氣傳導20Hz~20KHz的人耳可判定噪音.VRMChoke常使用IronPowerCore作為導磁材料,鐵芯本身是由很多細小的鐵粉顆粒攪拌接著劑後成型.結構如下圖:G.Noise解決55ui35uiGap多35uiGap大第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期一

在IronPowerCore內(nèi)部之導磁單體為鐵粉顆粒,當環(huán)型線圈產(chǎn)生噪音時,我們可以使用粒徑更小的鐵粉,以降低顆粒間Gap距離,增加Gap數(shù)量.其作用是導致磁壁間摩擦所產(chǎn)生的振動頻率超出一般聽力20KHz的範圍.VRMChoke除了環(huán)型線圈之外,還可以看到一些外觀成方型的電感,大