概念电感(物理量): 是闭合回路的一种属性,是衡量导体中产生的电动势与产生此电压的电流变化率之比的物理量 。电感器 (元器件):一般是由导线绕成空心线圈或带铁芯的线圈而制成。
定义与单位 电感通常用L表示,单位为亨利(H),常用的还有微亨(μH)、毫亨(mH)等,换算关系为1H = 1000mH,1mH = 1000μH。
原理 当线圈中流过直流电时,线圈周围产生固定的磁场,不随时间的变化而变化;当线圈中通过交流电时,其周围将呈现出随时间变化而变化的磁力线。
根据法拉第电磁感应定律,变化的磁力线在线圈两端会产生感应电动势,此感应电动势相当于一个电源。
当通过闭合回路的电流改变时,会出现电动势来抵抗电流的改变,这种电感称为自感;若一个闭合回路的电流改变,由于感应作用而在另外一个闭合回路中产生电动势,这种电感称为互感。
特性 电感具有“通直流阻交流”的特性,其感抗与交流信号的频率成正比。当电流通过电感时,电感会产生反向电动势阻碍电流的变化,且电感电流不能突变。
作用 :电感在电路中主要起到滤波与储能、能量转换、阻抗匹配、抑制浪涌电流和EMI抑制等作用,广泛应用于开关电源、DC-DC转换器、射频匹配网络等电路中。
参数 核心参数:电感量(L)、饱和电流(I_sat)、额定电流(I_rate)、直流电阻(DCR)、绝缘耐压(WV)、自谐振频率(SRF);非核心参数:温度系数、寄生参数、绝缘电阻
其中,饱和电流是电感磁芯开始饱和时的电流值,超过此值电感量将骤降;直流电阻是电感线圈在直流条件下的等效电阻,会影响电路的热损耗;自谐振频率是电感自身的寄生电容与电感量形成串联谐振的频率,如下图所示,当达到自谐振频率时,电感的阻抗达到最大值,超过该频率后,电感呈现出电容特性,将会失去储能功能。
电感的阻抗-频率曲线
分类:按结构与材料可分为绕线电感、叠层电感、一体成型电感、磁珠等;按是否可调可分为固定电感和可调电感,色环电感、贴片电感等属于固定电感,微调电感属于可调电感。
大家是不是都习惯用单个电感,而且我们见到的常规电路板上的单路DC-DC电源绝大多都是用单个电感对吧。
其实把两个功率电感串联起来,能解决不少单电感搞不定的问题,还能悄悄提升电源性能!
先搞懂基础:双电感串联到底咋回事?
简单来说,就是把两个电感像串糖葫芦一样首尾相连,电流会依次通过两个电感。
核心规律其实很简单:总电感量≈两个电感的感量之和(比如2mH+3mH≈5mH),但是这样使用会比单电感多了不少“隐藏技能”。
不过要注意一个关键:两个电感的线径得一致,不然细导线的电感会因为承担同样电流而容易烧坏,这可是基础避坑点!
特殊用法1:快速凑出大电感,解决“缺件”难题
比如有时候设计需要一个10mH的大电感,但手头只有几个5mH的小电感,重新采购又耽误时间——双电感串联就能完美救急。直接把两个小电感串联,总感量基本能达到所需值,不用等货也能推进项目。
而且这种组合方式还能分散发热:单个大电感要承担全部电流,发热集中;两个小电感串联后,分担功率(电流相同但单个电感功率负担减半),每个电感的发热量都降低,散热压力小了很多,电源的长期可靠性也跟着提升。
特殊用法2:空间有限,以小换大
在结构空间受限的情况下,大感值的电感往往体积也更大,是否遇到过另类似情况呢,诶,现在不必焦虑了,这时就可以替换成两个更小体积和感值的电感串联使用,完美解决空间限制的痛点。
特殊用法3:优化LLC谐振电路
效率和稳定性双提升在LLC谐振型DC-DC电源里,双电感串联是“高级操作”——把原本一个谐振电感分成两个,分别串在变压器初级绕组的两端,好处能列出一长串:- 电路更对称:电流电压分布均匀,电磁干扰(EMI)直接降低,不用额外加太多屏蔽措施;- 电压应力平衡:避免单侧绕组承受过高电压,减少变压器绝缘失效的风险,延长使用寿命;- 谐振效果更好:两个电感共同参与谐振,电流路径更优,更容易实现零电压开关(ZVS),开关损耗大大降低,电源效率蹭蹭涨;- 磁场分布均匀:减少变压器漏磁损耗,耦合效率更高,进一步提升能量转换效率。
特殊用法4:增强滤波效果
让输出直流更“纯净”DC-DC电源的输出难免有交流杂波,单电感滤波效果有限时,双电感串联就能派上用场。
串联后的总电感对高频杂波的阻碍能力翻倍(电感对快速变化的电流阻碍作用更强),配合电容组成LC滤波电路,能更有效地阻挡高频干扰信号通过。
比如在工业控制电源里,负载对供电稳定性要求高,双电感串联滤波能让输出电流的脉动大幅减小,设备运行时不会因为电压波动而出现卡顿、误动作的情况;在音频设备的电源中,还能减少杂波带来的电流声,音质更干净。
特殊用法5:负载敏感场景,抑制电流突变
保护敏感负载电感的核心特性是“阻碍电流突变”,双电感串联后,这种特性会更明显。在一些负载敏感的场景(比如精密仪器、传感器的供电),当输入电压突然波动或负载电流变化时,双电感能让电流缓慢上升或下降,避免尖峰电流冲击负载。就像给电流加了个“缓冲器”,既能保证负载获得稳定的电流供应,又能保护负载不被瞬时大电流损坏,尤其适合对电流变化敏感的DC-DC供电场景。
特殊用法5:清仓行动,去库存
因为之前的项目囤积了太多的某感值的电感,几乎成为呆滞料时,正好有合适新项目能够派上用场,那简直太好不过了,还能帮公司省一大笔qian。
当你准备使用双电感串联时,这些注意事项千万别忽略,很可能会带来更多的副作用!
1. 线径匹配:两个串联的电感必须用相同线径,否则细导线电感会因过载烧毁;
2. 同名端一致:如果是带磁芯的功率电感,串联时要注意同名端方向,避免感量抵消(实际测量总感量远小于两者之和);
3. 不盲目串联:如果只是普通Buck/Boost电路,单电感足够满足需求,强行串联会增加串联电阻,反而导致电压降增大、效率降低,按需选择才是关键。
其实双电感串联不是“花里胡哨”的操作,而是针对性解决问题的实用技巧——缺大电感时能凑数,要高效率时能优化,需纯净输出时能滤波。
双电感串联只是在一些特殊情况下使用,属于特殊用法,大家可以尝试但不要盲目尝试,特别是要大批量的产品,老老实实用老师傅流传下来的电路拓扑不会错。