选择特殊符号
选择搜索类型
请输入搜索
当考虑电感元件寄生电容时,高频电感的等效电路模型可以采用上图来表示。图中Rc,为磁心损耗的等效电阻,C为电感绕组的寄生电容,Rac为代表绕组铜损的交流电阻,由于绕组铜线高频电流的集肤效应(在后面介绍),使Rac>Rdc,Rdc为铜线的直流电阻。Rac/Rdc与频率、铜线直径、温度等因素有关。例如,圆铜线在20℃,fs=100kHz时,Rac/Rdc=1.7。
为使集肤效应的影响减小,导线的直径应不大于2△,△为渗透深度(Penetraticn depth)(cm)。
△值与温度有关,100℃时铜电阻率ρ=2.3×1o-6Ω·cm,μ。为空气磁导率,fs为电流频率,下表为计算所得的几个典型频率的△值。
高频电感(High frequency inductors),是一种具有效率最高、速度最快,且低耗环保特点的地磁感应元件。它是用绝缘导线(例如漆包线、纱包线等)绕制而成的,主要由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成。目前,高频电感在生活中的应用比较广泛。
1、移动电话,寻呼机和GPS产品。
2、振荡器,晶体振荡器电路和射频收发器模块。
3、无线局域网,蓝牙模块,通讯设备。
工频电路不属于高频电路。工频电指50Hz(或者60Hz)的工业电源,频率很低;高频电频率很高,严格意义的“高频”分界线是3MHz以上,频率是工频的6万倍以上。
一般的电感元件都是铁芯和线圈组合而成的,由于铁芯的磁导率比空气的磁导率要高很多,所以电感元件的电感量一般普通线圈的电感量大很多!
贴片功率电感又称为:功率电感,大电流电感。优点是:1、表面贴装高功率电感。2、具有小型化,高品质,高能量储存和低电阻之特性。3、主要应用在电脑显示板卡,笔记本电脑,脉冲记忆程序设计,以及DC-DC转换...
注意环境的潮湿与干燥、温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性,还是阻抗特性等。
电感设计要承受的最大电流,及相应的发热情况。
使用部分,找出对应的L值,对应材料的使用范围。
注意导线(漆包线、纱包或裸导线),常用的漆包线。要找出最适合的线经。
电力电子技术已被迅速地扩大到了新的应用领域,例如使得大功率半导体器件增大了它们的额定电流和使其工作频率越来越高。在实际工作中,电感器类似于整个电力电子设备上的一个积木式元件,具有独特的改进潜力。这是因为电感器件在电力电子设备中通常是尺寸最大的、花钱最多的,而且在供电系统中就其体积而言是与其它各种元器件都不相称的。
改进电感器设计可以在电感器的尺寸和成本方面收获很好的效果,并对电力电子系统其余部分的设计产生重要的影响。为减少在高频工作状况下电力电子系统的损耗,以压缩功率电感器尺寸来降低电感器到指定的量值,为此,小型电感器将可使用在电力电子系统中。
为了降低在高频工作时电感器的功率损耗,设计师必须熟悉绕组在损耗中扮演的角色,以及能够对降低这种损耗进行适合要求的选择。这些选择包括可以获得电感器工作在大的纹波电流与大功率电平时降低损耗所使用的金属箔绕组工艺。设计师们发现了采用Litz线进行最佳的电感器设计,这也就是一种用作辅助设计过程的新工具。这种工具允许使用最优化的导线股数和在合适的骨架窗口内部布置绕组位置,以免去一些成型加工工艺过程。
电感器的损耗存在两个原则性机理:磁芯损耗和绕组损耗。磁芯损耗涉及磁芯用材料的磁性能,它们表现为由于磁滞效应和涡电流形成的磁芯本身的功率损耗。绕组损耗源于绕组的电阻值大小,铜的电阻值具有代表性。
作为开关型电源应用的电感器很容易遭受高频纹波电流的影响,高的频率可以使有效绕组产生大的电阻值,因此,我们可以联想到绕组会产生很大的铜损耗。开关电源电感器的绕组电阻值由包括直流(DC)电阻值和集肤效应与邻近效应引起的交流(AC)电阻值等两部分组成。
与时间变化相关的电流将感应产生磁通量,这种磁通在绕组的每一匝内部感应生成很小的电流,因为这些很小的电流都流经绕组中心,这样,磁心的有效横截面积即被减小了,而电阻值增加了。这些损耗的量值是随着频率和电流的增加而增加的。
在开关模式频率时,电阻值的交流(ac)部分可以是很大的,经常大大地超过直流(dc)电阻值,同时因此引起很高的铜损。如果电感器磁芯是开气隙的,则靠近气隙的磁场将产生一个局部地很强的邻近效应,它可以产生很大的交流(ac)铜损电阻及损耗,甚至会导致电感器的失效。
在任何磁性器件中的功率损耗都是这些效应所产生损耗的总和,为此,磁性器件的设计则因为这些效应间的相互影响关系而变得更为困难。例如,一些减小交流损耗的共性方法,诸如采用Litz线,可以大大地减小导体的横截面积,但同时急剧地增大了直流(dc)电阻值。铜箔绕组电感器常常被用来将大直流电流应用场合的绕组损耗减到最小,这是因为人们有效地利用了绕组窗口。然而,甚至很少量的交流电流都可以在这些铜箔圈中引起很大的损耗。
如今,许多场合应用的电感器,其损耗程度是人们难以接受的。故在存在交流纹波电流的情况下,许多dc-dc变换器要求所用的电感器可以负荷大的直流电流。即使交流电流部分与直流电流比较是很小的时候,交流电阻值也可以大于直流电阻值几个数量级。在现代的产品设计中,随着器件电流电平和工作频率的提高,这些问题将会更加敏锐。幸运的是,交流铜损的问题已具有解决办法。在绕组基本上保持单层时,即可缓解交流铜损。采用不存在气隙的磁粉芯将可以从根本上减小邻近效应及其引起的交流铜损。
但是,典型的磁粉芯的损耗大大地高于铁氧体磁芯的损耗,而作为大纹波电流应用场合,由于开有气隙的磁芯可以降低损耗,故有时会被优先选用。或者说,采用磁导率相对较高且具有气隙的磁粉芯也是合乎人们需要的。这种类型的磁芯具有相对较高的饱和磁感应强度BSAT等优点。在使用有气隙磁芯的情况下,必定要涉及气隙边缘的磁场影响问题,或者说这里的铜损可能是很高的。
SMA连接器高频等效电路建模
针对常用的SMA连接器,提出一种高频等效电路模型的建立方法。首先,根据SMA的机械尺寸,采用三维电磁场建模工具,计算得到双口网络的散射参数;然后,依据SMA各部分物理量的性质,从散射参数中提取得到等效的物理量参数值,从而得到整个结构的电路等效模型。最后,制作PCB微带线测试结构,测试验证模型的准确性。
电压互感器的高频无源电路模型
提出了一种获得微观无源的PT高频模型方法,该方法首先利用矢量拟合获得Foster形式的网络函数稳定的表达式,然后利用起作用集方法求解带约束条件的二次规划获得满足无源的Foster形式的网络函数,最后综合获得微观无源的电路模型。根据无源修正前后网络函数的对比验证了本文所提方法的有效性。
电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时都具有一定的电感,它对电路的影响等效于给电路串联上一个电感器,这个电感值就是分布电感。根据电感器的频率特性,可以知道由于分布电感的数值一般不大,在低频可以不考虑分布电感的影响,但对于高频交流电路,分布电感的影响就不能忽略了。
1. 线绕精密电阻和电位器的分布参数(分布电容和分布电感)
由于线绕精密电阻和电位器存在分布参数,所以线绕精密电阻和电位器的匝数较多时,往往采用无感绕制法绕制,即正向绕制的匝数和反向绕制的匝数相同,以尽量减小分布电感。
2. 传输电缆的分布参数
可以把一条传输电缆看成是由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路。
3. 印制板引线的分布参数
对高频电路印制板上的引线来说,它的分布电感不容忽视。去除这些分布电感影响,可以加宽电源线和地线以减少电源线和地线的阻抗。
4. 接插件的分布参数
线路板上的接插件,有520nH的分布电感。双列直插的(24)引脚集成电路插座,有4~18nH的分布电感。
5. 电容器的分布参数
实际中的电容器与“理想”电容器不同,“实际”电容器由于其封装、材料等方面的影响,使其只具备电感、电阻的一个附加特性。单片陶瓷电容器具有很低的等效串联电感,即具备很宽的退耦频段,所以比较适合用作高频电路的退耦电容。
综上所述,这些小的分布参数对于在较低频率的电路中是可以忽略不计的;而在高频电路中则必须予以注意。
1.高频电阻
低频电子学中最普通的电路元件就是电阻,它的作用是通过将一些电能装化成热能来达到电压降低的目的。电阻的高频等效电路如图所示,其中两个电感L模拟电阻两端的引线的寄生电感,同时还必须根据实际引线的结构考虑电容效应;用电容C模拟电荷分离效应。
电阻等效电路表示法
根据电阻的等效电路图,可以方便的计算出整个电阻的阻抗:
下图描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系,正像看到的那样,低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高并超过一定值时,寄生电容的影响成为主要的,它引起电阻阻抗的下降。当频率继续升高时,由于引线电感的影响,总的阻抗上升,引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。
一个典型的1KΩ电阻阻抗绝对值与频率的关系
2.高频电容
片状电容在射频电路中的应用十分广泛,它可以用于滤波器调频、匹配网络、晶体管的偏置等很多电路中,因此很有必要了解它们的高频特性。电容的高频等效电路如图所示,其中L为引线的寄生电感;描述引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1;描述介质损耗用一个并联的电阻R2。
电容等效电路表示法
同样可以得到一个典型的电容器的阻抗绝对值与频率的关系。如下图所示,由于存在介质损耗和有限长的引线,电容显示出与电阻同样的谐振特性。
一个典型的1pF电容阻抗绝对值与频率的关系
3.高频电感
电感的应用相对于电阻和电容来说较少,它主要用于晶体管的偏置网络或滤波器中。电感通常由导线在圆导体柱上绕制而成,因此电感除了考虑本身的感性特征,还需要考虑导线的电阻以及相邻线圈之间的分布电容。电感的等效电路模型如下图所示,寄生旁路电容C和串联电阻R分别由分布电容和电阻带来的综合效应。
高频电感的等效电路
与电阻和电容相同,电感的高频特性同样与理想电感的预期特性不同,如下图所示:首先,当频率接近谐振点时,高频电感的阻抗迅速提高;第二,当频率继续提高时,寄生电容C的影响成为主要的,线圈阻抗逐渐降低。
电感阻抗绝对值与频率的关系
总之,在高频电路中,导线连同基本的电阻、电容和电感这些基本的无源器件的性能明显与理想元件特征不同。读者可以发现低频时恒定的电阻值,到高频时显示出具有谐振点的二阶系统相应;在高频时,电容中的电介质产生了损耗,造成电容起呈现的阻抗特征只有低频时才与频率成反比;在低频时电感的阻抗响应随频率的增加而线形增加,达到谐振点前开始偏离理想特征,最终变为电容性。这些无源元件在高频的特性都可以通过前面提到的品质因数描述,对于电容和电感来说,为了调谐的目的,通常希望的到尽可能高的品质因数。
片式电感与片式磁珠的区别
在《片式电磁兼容对策器件》这个话题中,片式电感主要是用来抑制电磁干扰的发生。所以比较电感器与磁珠(包括片式电感与片式磁珠)也应该从这个主题出发。
电感器本身是一个无功元件,它在电路中不消耗能量。电感器之所以能够阻止高频信号在线路中流通,发挥对电磁干扰的抑制作用,是因为电感器在高频信号作用下 体现了一个高阻抗元件,阻止了高频信号在线路中的流通,而将高频信号反射回干扰源。就这个应用的频率范围来说,很少有超过50MHz的。
对磁珠来说,它本身是一个软磁铁氧体磁芯,串联在需要抑制干扰的线路上,诚然在频率较低时,铁氧体磁珠在串联电路上仍然体现为一个电感。然而对于频率更高 的干扰,由于磁芯的磁导率的降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小,因此磁珠电感对于高频干扰的阻挡作用在减少。而与此同时,磁芯的损耗(涡流损耗) 却在增加。后者等效为损耗电阻,电阻成分的增加,导致磁珠在线路上的总阻抗依然在增加,所以当高频干扰通过铁氧体时,磁珠对高频干扰的阻挡作用依然在增 加,不过这次磁珠不是将高频干扰反射回干扰源,而是将高频干扰转换成热能的形式给耗散掉了。
这样看来,电感器和磁珠在结构上没有本质性的不同,但是从抑制干扰的机理(依照抑制干扰的频率范围来划分)来说,两者明显是不同的,一个是将干扰反射回干扰源(指电感),另一个是将干扰吸收掉(指磁珠)。