常用电感有非屏蔽工字型电感、半屏蔽电感、一体成型电感,它们有什么特点呢?磁路结构:非屏蔽工字电感的磁路由磁芯和空气共同构成,其磁感线完全暴露在空气中,没有任何磁屏蔽。这意味着它的磁场容易向外扩散,可能对周围电路产生干扰。实验现象:在实验中,当非屏蔽工字电感底部铺设铜皮时,电感量显著减小。这是由于外部磁场与铜皮相互作用,产生了涡流效应,导致电感量减少。磁路结构:半屏蔽电感在工字电感的基础上增加了磁屏蔽材料。由于磁屏蔽材料的磁阻小,磁感线大部分被锁定在导磁材料中,只有少量磁场会从气隙中泄露出来,起到部分屏蔽的作用。屏蔽效果:相比非屏蔽电感,半屏蔽电感减少了外部磁场的泄露,但仍可能受到外部磁场的部分影响,具体取决于设计和应用环境。磁路结构:一体成型电感在生产过程中将绕组与导磁材料一次铸造成型,内部仅有很小的气隙,能够有效防止电感饱和。这种结构使得电感的磁感线基本不会溢出,具有极佳的屏蔽效果。实验现象:在实验中,一体成型电感的电感量在铜皮存在的情况下几乎没有变化,表明其屏蔽结构能够有效防止外部磁场的干扰和涡流效应的影响。二、电感底部敷铜的利与弊:EMI抑制与电感感量的平衡
电感中交变电流会在地平面上产生涡流,这些涡流会对功率电感的电感量产生影响,增加系统损耗,同时也会产生噪声,影响其他信号的稳定性。然而,从EMC的角度来看,在电感底部铺铜可以有利于EMI的控制,特别是在设计完整的地平面时。然而,随着电感生产工艺的进步,屏蔽型电感逐渐普及。这些电感通过有效的屏蔽设计,减少了磁感线的泄露,降低了对电感量的影响,同时也改善了散热性能。当磁感线从N极到S极经过导体表面时,若存在交变磁场,根据电磁感应定律,导体表面会产生感应电流,这种感应电流被称为涡流。涡流产生的磁场方向总是与原磁场方向相反,试图削弱原磁场的强度。这一现象不仅影响磁场的强度,还会导致能量损耗。下面是Boost升压DC/DC电路电流环路,聊聊电感底部敷铜对电源设计的影响。当Boost升压电路正常工作时,电感中流过的负载电流形成回路。由于开关管的存在,电流呈动态变化,导致电感内部产生磁感线。这些磁感线中,一部分在导体表面形成封闭的磁回路,另一部分则可能形成漏磁,溢出到空气中。如果电感底部没有敷铜,溢出的磁感线会在整个电源系统中扩散,增加系统内的电磁干扰(EMI),从而降低系统的EMI性能,导致电源系统缺乏相对安静的电磁环境。如果在电感底部敷设完整的铜层,电感底部会产生涡流效应。涡流会部分抵消漏感产生的磁场,从而减弱原本的漏磁效应。底部敷铜就像一个电磁屏蔽罩,阻挡磁感应线向下传播,有效地将电感产生的高频磁场限制在导体一侧。这大大减少了高频磁场对周围其他元器件的影响,有助于提升系统的电磁兼容性(EMC)。从两个角度来看:1.EMI角度:为了抑制电磁干扰,建议在电感底部敷铜。铜层的涡流效应能够屏蔽高频磁场,减少对周围电路的影响,有助于提高系统的电磁兼容性(EMC)。2.电感感量角度:对于屏蔽型电感,敷铜对其感量几乎没有影响,因此也建议敷铜。而对于工字型电感,敷铜会对电感量产生一定影响,因此在实际工程中需要根据具体需求进行权衡和选择。在实际的PCB布局中,通常将开关输出的滤波器放置在与电感相对的PCB平面上,这样可以更有效地避免高频干扰影响滤波元器件,防止高频干扰通过线路传输出去。在电路设计与制造中,我们会遇见五花八门的问题,其中之一是电路板制作好后,总是有呲呲的噪声,很多人认为这肯定是电感出错所致,这个说法是正确的吗?其实,这个说法算是正确的,电感作为电路中的关键元件之一,其特性与状态基本上是此类噪声问题的主要源头,主要原因如下:
1.电感特性与噪声产生。电感器在电路中主要起储能、滤波及阻抗匹配等作用。然而,当电感设计不当(如电感量选择不合适、绕制工艺粗糙)或工作于非理想状态时(如饱和、谐振),易产生电磁干扰,表现为电路中的高频噪声,即“呲呲”声。
2.电流突变与电感噪声。在开关电源、电机驱动等应用中,电流的快速变化会在电感两端产生较高的电压尖峰,这些尖峰若未得到有效抑制,会通过电路中的其他元件(如电容、导线)辐射或传导出去,形成噪声。
3.谐振现象。电感与电路中的其他元件(如电容)可能形成谐振回路,在特定频率下产生强烈的振荡,这种谐振也是“呲呲”噪声的常见来源。
4.磁场干扰。电感在工作时会产生磁场,若电感布局不合理或屏蔽措施不足,其磁场会感染周围电路或设备引发噪声问题。
5.饱和效应。当通过电感的电流超过其额定值时,电感可能进入饱和状态,此时,其电感量急剧下降,导致电流控制失效,产生异常噪声。