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(10) 线圈的动作(应用) | 给线圈用户的提示(Part-1)

(10) 线圈的动作(应用)

第10 节是关于 "线圈的动作(应用)"。 线圈的动作有多种模式,它可能比其他部件更难理解。

电感的应用-1:共振电路

线圈(L)和电容(C)的组合产生了一个共振现象。对于并联共振电路,回路两端间的阻抗值在谐振频率点达到峰值(对于串联共振电路,该值最小)。

我们可以利用这个特性提取特定频率的信号,或者反过来删除这个信号。 谐这个谐振频率(fx)的值由以下公式计算。

story1-10_01
Impedance Characteristics
图表-1 Impedance Characteristics

图 表-1 是用一个L=2.2mH 电感和C=220pF 的电容并联建立的谐振电路,测量出的阻抗(红色)和相位(蓝色)的频率响应。共振频率几乎与计算值一致=229kHz。在这种情况下,Q 越高,阻抗特性的山形就越尖锐,峰值的阻抗值也会增加。

当电感值变化+/-5.0%时,谐振频率变化+/-2.5%,约为电感变化的一半。因此,电感值的变化是很重要的。有一些线圈的电感值是可变的。它们被称为可变线圈,有一段时间,被用于高频电路。
照片-1 是SMD 的可变线圈(本公司的5CHH 类型)。当我们把螺丝刀插入表面的凹槽并转动时,上面的磁性物质会上下移动。这样就可以改变电感量(大约+/-几%到+/-10%)。

5CHH
照片-1 5CHH

※5CHH 目前不在生产序列中.

利用电感-2:LC 滤波器

LC 滤波器也是电感的应用之一。在没有谐振电路的情况下,如L.P.F(低通滤波器:图-1 是三阶L.P.F)和H.P.F,滤波器的特性是由电感和电容决定。即使电感值发生变化,对其影响也没有谐振电路那么大。

L.P.F.
图-1 L.P.F.

对于用于直流电源噪声抑制的L.P.F.,只要考虑到电感器的最小电感量,在大多数情况下都可以使用电感量公差大的产品。

在这种情况下,理论上电感量越大越好。但现实的线圈中存在直流电阻和自谐振频率,设置过大的电感值反而收到相反的效果。

在开关电源中的电感,有用于LC 滤波和功率转换的,对于LC 滤波中使用的电感主要关注的是直流电阻(高频损耗可以忽略不计)。

利用能量积累效应

和电容器一样,线圈可以储存电能。了解电容器很容易,因为它们是电压元件。相反,对线圈的理解就有点困难,因为它们是电流元件(电流模式)。为了构建开关电源,需要重复和控制以下过程 : 1. 开启电源、2. 通过线圈提供电流、3. 积累电流、4.切换到负载、5.供应电流。

要运送一个恒定的负荷量,有两种方式 : 用较大的容器进行搬运,减少搬运次数,或用较小的容器进行搬运,增加搬运次数(图-2)。

Difference of bucket size
图-2 Difference of bucket size

将此应用于开关电源,承载次数就是频率,而容器的大小就是电感。因此,当开关频率较高时,使用电感器的电感量可以很小(可使用小型电感器)。实际电感量因输出条件不同而不同。

在开关电源的情况下,频率可以在一定程度上补偿电感的不均匀性。因为,电阻损耗直接影响电源的效率,所以降低线圈损耗(直流电阻和工作频率的电阻)是很重要的。

利用磁通量(磁耦合)

线圈可以通过使用磁耦合而起到独特的作用。其他元件,如电容器,是不能像这样工作。多组线圈组成的变压器被广泛用于低频波(主要是电子电路)到高频(主要是阻抗转换)电路中。照片-2 是一个用于高频的平衡变压器的例子。
磁通量只影响噪声而不影响信号。 这就防止了信号的恶化。不同电路对使用线圈(=使用的线圈特性)的电性参数(=重要的)要求会有差异。因此,根据本公司设想的用途,一般规格中记载的内容也会根据实际应用而改变。

4BMH
照片-2 4BMH

在变压器中单个绕组的电感值不是那么重要(在大多数情况下,只需要最低成本)。而绕组的卷线方式和匝数比是最重要的。有些线圈很好地利用了磁通量特性,共模滤波器就是其中之一。

(图-3)利用信号(差分信号:蓝色)流向与共模噪声(红色)方向的不同。在这种情况下,因为两个线圈被连接起来以抵消信号的磁通。其结果是,磁通量对信号没有影响,反之对共模噪声,磁通起到了作为电感的感应作用,并阻止了共模噪声的通过。

磁通量只影响噪声而不影响信号。 这就防止了信号的恶化。

Common mode Coil
图-3 Common mode Coil

不同电路对使用线圈(=使用的线圈特性)的电性参数(=重要的)要求会有差异。因此,根据本公司设想的用途,一般规格中记载的内容也会根据实际应用而改变。

著者紹介

星野 康男
生于 1954 年。 线圈专业的传奇工程师
1976 年加入相模无线电制造公司(现相模电子有限公司)。 加入公司后立即在工程部工作。
他曾担任技术经理和执行官,并作为顾问继续协助工作和指导下级员工,于 2024 年 3 月底退休。 他以通俗易懂的技术讲解而闻名。
爱好是摄影。 他最喜欢的动物是猫(和铃鸟)。

备注
  • 文中提及的部分产品已停产。
  • 由于文章撰写已有一段时间,所提供的信息可能仍包含过时内容。