《模电想说爱你不容易》之无源器件篇：电感，“隔交通直”的艺术

硬小妹：“李工，电感表面丝印330代表电感值为330uH的吗？”

油条李：“如果是这样的话，电感表面丝印331是不是就代表电感值为331uH的了啊？！”

硬小妹：“哦哦，我明白了，330代表33uH，而331代表330uH!”

油条李：“孺子可教也！”

电容具有“隔直通交”的特点，而电感则具有“隔交通直”的特点，它对交流信号有阻碍作用，对直流信号无阻碍作用。在电子电路中，电感是常用的元器件，它有哪些特点和使用注意事项呢？下面我们一起来学习一下吧。

一、电感的分类

电感的种类是多种多样的，根据不同的分类方式电感可分为不同的类型。

1.根据安装方式的不同可分为：表面贴装型电感和引线型电感；

2.根据电感形式的不同可分为：固定电感和可调电感；

3.根据绕线结构的不同可分为：绕线电感、层叠电感和薄膜电感；

4.根据磁芯材质的不同可分为：空芯电感、铁氧体电感、金属合金电感和圧粉磁芯电感；

5.根据电感用途的不同可分为：高频电感、功率电感、信号线电感、滤波电感；

对于相同类别的电感也可分为不同的等级：一般等级和车载等级，我们在选择电感型号的时候要注意区分，特别是对于汽车电子和医疗电子相关的产品，其对元器件的稳定性要求较高，应选择使用车载等级型号的电感。

二、电感的品牌

我们常见的电感品牌主要有以下几种：

1.村田

2.TDK

3.三星

4.风华高科

5.顺络

6.华新科

7.太诱

8.威世

9.胜美达

10.奇力新

随着电子行业的发展，电感的制造工艺已相当成熟，国内外厂商技术的差距较小，以顺络为代表的国内电感品牌逐渐崛起，成为主流的电感元器件供应商。

三、电感的特性

我们在使用电感的过程中，应根据不同的应用场景选择合适的电感，同时，相同类型的电感其参数也会有所差异，需要特别注意。电感常用的参数主要有以下几种：

1.电感量。电感量的大小是在一定频率下测定的，该频率一般为100KHz或者1MHz，不同厂家相同封装尺寸、相同电感量的测定频率会有所差异。电感的电感量不是恒定不变的，而是随着频率的增大而变化的，如下图所示：

图源|TDK官网

2.精度。对于一般信号线用电感和电源用电感，由于加工工艺的原因其精度相对较低，常见的精度为10%、20%、30%；而高频电感的精度相对较高，其电感值一般为nH级别，常见的精度为0.1%、0.5%、1%。精度的大小可以用字母表示，如下表所示：

3.直流电阻（DCR）。电感本身是存在直流电阻的，尽管该值相对较小，电感体积越大、电感值越大其直流电阻也就越大，该值一般小于10Ω，因此，在大电流电路应用当中，应注意电感的发热问题，避免因电感的发热导致性能的下降，进而影响电路的正常工作。

4.饱和电流（Isat）。该参数一般是指电感量下降到初始电感量30%时的电流大小，我们在选择电感时应注意实际电路中通过电感的电流应小于其饱和电流的大小，且应降额使用；电感量的大小会随着通过其电流的大小而变化，如下图所示：

图源|TDK官网

5.温升电流（Irms）。该参数一般是指电感表面温度相比环境温度上升40摄氏度时的电流大小，电感表面的温度会随着通过其电流的增大而升高，因此，在实际使用过程中应注意该参数的大小，特别是高温环境中的电感的选择此参数应降额使用。电感的温升曲线如下图所示：

图源|TDK官网

6.自谐振频率（S.R.F）。该参数是指使电感不再表现为感性特征时的频率，超过该频率后，电感将表现为容性特征；在高频信号应用当中，应注意此参数的大小。电感值越小，其自谐振频率越高；电感值越大，其自谐振频率越低，如下图所示：

图源|TDK官网

7.阻抗。电感的阻抗在低频时主要由其直流电阻的大小决定，在高频时主要由其感抗的大小决定，随着信号频率的增加其阻抗也是增大的，如下图所示：

图源|TDK官网

8.品质因子（Q）。该参数是衡量电感性能的重要指标，其值越大，代表电感的质量越好，损耗越小，越接近理想的电感，Q值的计算公式如下图所示：

从以上计算公式可看出，电感的Q值是随着信号频率的变化而变化的，如下图所示：

图源|TDK官网

9.等效电路。电感的高频等效模型如下图所示，其中L1为电感值，R1为交流等效电阻，C1为寄生电容，R2为直流等效电阻。通过该模型，能够清晰的看到电感各个等效因子对其特性曲线的影响。

图源|TDK官网

四、电感的应用

在电子电路中，电感应用在不同的环境当中有不同的作用，其作用主要有以下几种类型：

1.滤波。电感具有通直流隔交流的特性，通过和电阻、电容的配合能够组成低通滤波电路、高通滤波电路以及带通滤波电路等，有效去除干扰信号，筛选出有效信号。

2.谐振。电感和电容能够组成LC谐振电路，进而产生一定频率的震荡波形或者筛选出一定频率的震荡波形，起到调谐和选频的作用。

3.储能。电感能够存储能量并将其释放，且其对电流的变化是阻碍作用的，因此能够将它应用在电路当中，起到续流的作用。

4.阻抗匹配。在天线应用电路当中，通过电感和电容能够实现天线传输线50欧姆阻抗匹配的要求，减小信号的衰减和反射，此时的电感值一般为nH级别。

5.屏蔽。电感在吸收能量的同时也会向周围空间辐射能量，进而产生EMI问题，因此，对于EMI性能有要求的产品，应选择带屏蔽罩的电感，其中，一体成型的电感其性能是最佳的，应优先选择。

在DC-DC电源电路当中，电感是重要的组成部分，如果使用不当，易产生电感啸叫的现象。电感啸叫的原因是复杂的，既有电感自身的原因也有电源芯片的原因，归纳起来主要有以下三点：

1.DC-DC电源芯片切换工作模式导致的电感啸叫。一般DC-DC电源芯片是工作在PWM（脉冲调幅）模式的，此时的频率较高，达到几百Khz至几Mhz，该频率已超过人耳的听觉范围，故无法听到啸叫声；当电源芯片的负载电流减小时，为节省功耗、提高电源效率，有些电源芯片会自动切换到PFM（脉冲调频）模式，此时的频率较低，达到几百hz至几十Khz，该频率就有可能进入人耳，产生啸叫声。

2.负载切换工作模式导致的电感啸叫。在电池供电的设备当中，为节省功耗，主控芯片会控制系统进入不同的工作模式，正常工作模式时系统消耗的电流较大，节电工作模式时系统消耗的电流较小，这两种工作模式周期性切换的过程中，引起电感电流频率的变化，进而产生啸叫声。

3.电感自身振动导致的电感啸叫。导致电感振动产生的原因主要有：

（1）磁性体磁芯产生“磁致伸缩”现象。以铁氧体等磁性体为磁芯的电感中，绕组所产生的交流磁场会使磁性体磁芯发生形变，称为“磁致伸缩”或者“磁应变”，如果该现象使电感振动的频率在人耳可听范围之内，就会出现电感啸叫的声音。

（2）磁性体磁芯被磁化导致的互相吸引。当磁性体被外界的磁场磁化时将会表现出磁铁的特性，以全屏蔽型功率电感器示例，当绕组中流过交流电流时，被磁化的鼓芯与屏蔽磁芯将会因磁力而相互吸引，若该振动在人耳可听频率范围内时，则会听到电感的啸叫声。

（3）漏磁通导致绕组的振动。在不带有屏蔽磁芯的无屏蔽型功率电感器中，由于无屏蔽型产品为开放磁路结构，因此漏磁通会对绕组产生作用。当绕组中流过电流时，根据左手定则，力会作用于绕组上；当交流电流流过绕组时，绕组本身会发生振动，从而产生啸叫声。

我们知道了电感啸叫的原因，那么该如何预防呢？可以考虑从以下几点入手解决：

1.选择DC-DC电源芯片的工作频率不在人耳听觉范围之内的芯片；

2.避免电感周围存在磁性物体，以防其磁化电感；

3.调整电感的形状、种类、布局、焊盘大小等以减小或者提高电感的振动频率，优先选择5mm以下尺寸的功率电感。

4.使用金属一体成型电感，该类型的电感能够有效解决因电感自身振动导致的啸叫问题。

结语

电感的种类除了我们常见的几种类型，它还有其他的形式存在，比如磁珠、磁环、变压器、线圈、天线等，不同类型的电感其用途也有所不同，因此，我们应根据实际情况选择相关的电感类型。

电阻、电容、电感，作为电路中的基础元器件，它们在电路板间义结金兰，生死与共，默默无闻地守护着电子世界的和平！