器件与电感量

电感器是突出利用自感效应的电路元件,常见实现是绕制的导线线圈,可带磁芯,也可不带磁芯。“电感器”指器件,“电感量”指描述其特性的物理量L,单位为亨利;互感则涉及一个回路的电流变化在另一个回路中产生的影响,不能与单个器件名称混同。

电流建立磁场,穿过各匝的磁通合计形成磁通链。在几何结构不变、磁性近似线性的条件下,可写成磁通链等于Li。若采用电流从电压正参考端流入的被动符号约定,理想电感两端电压为v=L·di/dt。法拉第定律中的反电动势负号表达反抗变化;它与这里的端电压参考方向不同,并不构成矛盾。

参考:[1]

储能让电流延续

线性理想电感储存的磁场能量为L·i²/2。假设电感为10毫亨、电流为1安,储能便是5毫焦。这个算例说明储能与电流平方有关,却不意味着同一实物在任意大电流下都仍保持10毫亨。电感并不产生能量,而是在外部电路建立电流时储存能量,再在电流减小时释放。

在降压型开关电源中,开关接通时电感电流可以上升;开关断开后,二极管或同步开关提供续流路径,电感仍能向负载传递能量。电流不必瞬间变成零。如果强行切断已有电流,又没有合适的释放路径,器件与布线中的寄生因素会参与形成电压瞬变,因此实际电路需安排相应路径和保护。

参考:[1] [4]

线圈不是理想符号

真实绕组具有电阻,电流通过时会发热;磁芯还可能产生磁滞和涡流损耗。达到磁芯饱和附近时,增量电感可显著下降,原先按固定L估算的电流变化速度不再可靠。因此额定电流不能仅理解为导线是否会烧坏,还需查看温升、饱和与具体测试条件。

匝间等结构形成分布电容,与电感共同产生自谐振。接近这一频段时,阻抗不再遵循简单理想电感模型;器件标称电感量也不能脱离频率、直流偏置和温度来使用。选择滤波或开关电源用电感时,需要同时关注电感量、直流电阻、饱和电流和自谐振频率,而不是只比较外形大小。

参考:[2] [3]

频率和绕向决定作用

对理想电感的正弦稳态分析,感抗大小随频率增加,电流相位比电压滞后四分之一周期;但“电感永远阻止交流”并不准确。它可以通过交流、参与谐振,也可在供电与数据信号共用导线时帮助分隔不同频率成分。稳定直流下理想电感端电压为零,实物则仍有绕组电阻造成的压降。

耦合绕组图中的点标记用于表达相对绕向及感应电压关系,计算互感项时还要明确电流和电压参考方向。点并不是像电池那样固定不变的正极,封装表面的点也可能只是首端或引脚一的标识。判断串联后磁通相加还是相消,必须结合具体接线与器件资料,不能单看线圈数量。

参考:[1] [2] [3]