电感

1.电感的概念

电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是 “ 亨利（ H ） ” ，以美国科学家约瑟夫 · 亨利命名。它是描述由于线圈电流变化，导体的一种性质，用导体中感生的电动势或电压与产生此电压的电流变化率(di/dt)之比来量度。稳恒电流产生稳定的磁场，不断变化的电流 ( 交流 ) 或涨落的直流产生变化的磁场，变化的磁场反过来使处于此磁场的导体感生电动势。感生电动势的大小与电流的变化率成正比。比例因数称为电感，以符号 L 表示，单位为亨利 (H) 。也常用毫亨（ mH ）或微亨（ uH ）做单位。 1H=1000mH ， 1H=1000000uH 1mH=1000μH

2.自感的概念

当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。

一个通有电流为 I 的线圈 ( 或回路 ) ，其各匝交链的磁通量的总和称作该线圈的磁链 ψ 。如果各线匝交链的磁通量都是 Φ ，线圈的匝数为 N ，则线圈的磁链 ψ=NΦ 。线圈电流 I 随时间变化时，磁链 Ψ 也随时间变化。根据电磁感应定律，在线圈中将感生自感电动势 EL ，其值为eL = -dφ/dt。由于自感电动势的电压方向跟电源方向相反，可以抵消一部分。所以电感电流的上升或者下降是缓慢的，能够扼制电流的激变。

定义线圈的自感 L 为自感电动势 eL 和电流的时间导数 dI/dt 的比值并冠以负号，即L = -eL/(di/dt)

以上二式中， ψ 和 eL 的正方向，以及 ψ 和 I 的正方向都符合右手螺旋规则。已知电感 L ，就可以由 dI/dt 计算自感电动势。此外，自感还可定义如下：L=-eL/(di/dt)=-(-dφ/dt)/(di/dt)=dφ/di

3.互感的概念

两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

基本公式：U=L*(di/dt)

通过公式可得以下几个结论：

1. 当电感定了，则L就定了
2. 当电感定了，电流的变化率大，则自感电压就大
3. 当电感定了，电压变化大，则电流的变化率大
4. 当电压定了，电感感量可选，则电感大了，电流变化率就小，电感小了，则电流的变化率就大。
5. 电感两端的电压是可以激变的，电感的电流是不能激变的。

4.电感主要分：能量型和滤波型

• 以电流（电流大，能量大）的形式来存储能量
• 能量型主要用于存储能量，电感量偏大，uH,mH,偏大体积
• 滤波型主要用于滤除高频，电感量偏大，mH,uH,偏小体积
• 电感有感抗，具有对电流的阻碍作用
• 感抗公式：XL=wL = 2πfL
• 电压和电流相位：电流滞后电压90度相位角
• 电感具有扼制电流的能力，电感的电流不能激变
• 电感是作为一个电流源而存在的
• 电感在电路中可以短路的，但是不能断路

5.电容对比学习

• 以电压（电压高，电荷大）的形式来存储能量
• 能量型主要用于存储能量，电容量偏大，uf，大电解电容
• 滤波型主要用于滤除高频，电容量偏小，nf，小瓷片电容、
• 容抗Xc公式：Xc=1/2πfc
• 电压和电流相位：电流超前电压相位90度相位角
• 电容具有扼制电压的能力，电容的电压不能激变
• 电容是作为一个电压源而存在的，理想的电压源，内阻为0，输出电流能力无穷大。
• 电容在电路中可以断路，但是不能短路，也就是说：电容可以有高的dv/dt,但是不会有高的di/dt。

6.问题：对于一个相同电感量的电感有以下两种方案：

方案A:磁芯小，但是绕制的匝数多

方案B:磁芯大，但是绕制的匝数少

以上两种方案都能够得到相同的电感量，请问哪一种方案通过的电流能力强呢？

答：

当磁芯面积，体积确定下来后，磁通量就定了，这个也就决定了电感能够通过多大电流的能力，当电流达到一定程度，则会出现磁饱和现象，我们说电感具有扼制电流的能力，前提是未出现磁饱和现象。当大于饱和电流时，电感等同于一个导体，相当于短路，电感就容易烧坏！这个地方还要引出一个概念：线负荷，不同的线径，通过的电流能力也不一样，线径越粗，通过的电流能力越大，电感标称电流越大，则线径越粗，电感的体积越大。所以我们可以得出答案，B方案电流通过能力强！

假设AB方案都可以满足通过的电流能力，我们选择哪一种方案？

分析这两种方案的优缺点

A方案：磁芯小，价格就便宜，绕线匝数多，铜线消耗就大，铜损大，发热，效率就低。

B方案：磁芯大，价格就昂贵，绕线匝数少，铜线消耗就小，铜损小，发热小，效率就高。

在电路设计中，我们需要在多方面妥协，我就选择B方案吧，便宜，但是效率就会低些。

7.电感电流上升和下降斜率相等吗？

如上图所示，可知电感充电式两端电压为15V，电感放电时，由于被二极管箝位，电感两端电压为0.7V,从这个特征我们可以知道电感两端的电压是可以突变的。

电感放电电流的斜率与电感两端的电压是有关系的，电感在续流期间，电感两端的电压越高，则续流时间越短,电感两端的电压越低，则续流的时间越长。

电流的斜率还与电感量有关，电感量越小，电流斜率越抖，电感量越大，电流斜率越缓。

9.电感电流工作在几种模式？

1）如何控制电感平均电流为一条直线呢？

在稳定工作之后，电感平均电流应该是一条直线，前提条件时，上一周期的结束电流应该等于下一周期的开始电流

2）断续模式

控制比较简单，只需要加长OFF时间，电感电流就一定会降到0的。

下一周期的起始电流从0开始，可以保证下一周期的起始电流等于上一周期的结束电流。

3）临界连续模式

这个控制就比较复杂了

4）连续模式

电感的电流不为0，就需要检测电感上一周期的结束电流和下一周期的起始电流了。

10.如何控制电感电流不饱和？

1）直接给电感通交流电？

电感电流会进入饱和点

2）电感和电阻串在一起并通交流电可行？

电感电流不会进入饱和点

3）电感和电容串在一起并通交流电可行？

在给电感的充电过程中，电感的充电电压逐渐降低，电感的电流斜率逐渐降低，电感的电流逐渐增大。

电感的电流滞后电压90度

4）反馈

• 将后级的输出反馈给前端的输入，进而影响新的输出
• 正反馈：输出的结果增加到前级，进而又增加输出，导致输出饱和
• 负反馈：输出的结果一部分跟前级相减，结果前级输入变小，让输出变小。反之，如果前级输入变小了，则反馈使得输出增大。从而使系统达到一个平衡。使系统更具有收敛性，稳定性。
• 此处电容是一个负反馈，反馈的是电压。

5）做一种控制：可以通过改变电容的电压，来控制电感的电流。

在每一个周期的开始，电感的电流，电容的电压需要进行复位。

第一,电感两端电压在续流期间不能是固定电压

第二,将电容引入到电感的续流中来

第三,利用电容的电压，改变电感的压降，从而改变电感的电流

11.伏秒平衡？？

Von x Ton = Voff x Toff

Von不是外部输入电源的电压，而是电感的电压（电感两端的电压差）

Voff也是指电感两端的电压差，电感在续流期间两端的压差。

电感稳定平衡之后，假设电容上电压(Vcap)为5V,且外部电压(Vcc)15V，所以电感两端电压为10V,在电感续流期间，电感两端电压为电容两端电压+0.7V(二极管的一个箝位压降)=5.7V

10 x Ton = 5.7V x Toff

10.频率对电感电流的影响？

电感的电流上升斜率有什么决定的呢？

第一，由外部电压值的大小决定的，电感量一定的情况下，外部电压越高，则电感电流斜率越大。反之则相反。

第二，当外部电压一定的时候，电流斜率由电感量决定的，电感量越高，则电感电流斜率越缓，电感量越小，则电感电流斜率越抖。

所以电感电流上升斜率有外部电压值和电感自身的电感量共同决定的。

如果电压，电感量一样，改变频率，会发现什么？请观察下面的电流波形曲线。

观察电感电流波形，可以发现，频率越高，电感电流纹波越小，在BUCK电源中，我们可以尝试提升开关频率，来降低输出电压纹波。

相同的电感，周期越长，频率越低，电感平均电流越大。周期约短，频率越高，平均电流越小

 

11.电感的电感量对电流的影响？

如果控制频率一定，电感量越小，电感的电流上升斜率越陡，电感的腰间电流（平均电流）越大

如果控制频率一定，电感量越大，电感的电流上升斜率越缓，电感的腰间电流（平均电流）越小

需要注意的是，在不同的电流工作模式下，腰间电流和平均电流可能不相等，在临界连续模式下，腰间电流和平均电流相等，但是在断续模式下，平均电流偏小于腰间电流。

 

12.拿到一个电感需要看那些参数？

• 额定电流
• 工作温度，绝对温度在100度以下
• 峰值温度，防止电感饱和，电感饱和之后就是导线
• 绕线，线负荷，说白了就是线的直径大小决定了能够通过的电流。
• 匝数的多少，需要考虑铜损
• Q值，说白了就是品质因数
• 电感体积的大小