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(3) 绕组线圈的电感 | 给线圈用户的提示(Part-1)

(3) 绕组线圈的电感

第3节中我们将谈论一下 "线圈的电感"。每节的内容衔接不一定恰当,如能有助于您对线圈的进一步理解将不胜荣幸。

绕组线圈的电感

在第1节中我们说到,线圈是用电线缠绕成螺旋状的部件。线圈的电感量(L)和绕组匝数(N)之间的关系如下(电感量与绕组匝数(N)的平方成正比)。

线圈电感 (L) 与绕组匝数 (N) 之间的关系

然而,k:取决于形式的恒定值,以此类推 μe:有效磁导率

对于绕组线圈,当绕组匝数变成两倍时,电感就会变成四倍。 在最近的低电感线圈的情况下,如果绕组匝数增减1T,电感量将显著改变。因为它们的绕组匝数很小,而且必须是整数。

例如,表-1 显示了当电感器有5T 和4.7uH 时的每圈电感量。

表-1 绕组匝数和电感
WindingTurns(N) Inductance
(L)
5T 4.7µH
6T 6.8µH
7T 9.2µH
8T 12.0µH

在这种情况下,我们不能做出中心值为10.0uH 的电感。

作为参考,弊公司的CER8042B的产品情况下,11T 的电感是6.8uH(照片-1)。

一些用户的工程师知道上述公式,会提出这样的要求: "请给我提供减少一圈以达到电感量XXuH 的样品!"

CER8042B
照片-1 CER8042B

在开发电感器时,我们通常会参照E6 和E12 的系数来设计电感的结构和线圈匝数。

对于绕线电感器,可以通过特殊订货将电感值设定在标准值之外(通过改变匝数),但根据电感值的不同,这可能永远无法实现。对于绕线电感,也可以(通过改变匝数)定制系列外的电感值,当然,也有怎么都满足不了的情况。

有效磁导率

即使磁性材料被添加到空芯线圈中,实际电感量也不会以材料磁导率的倍数增加。这是因为并非所有从线圈产生的磁通都会通过磁性材料。这个实际增加比例系数称为有效磁导率。

如果在磁路中存在任何气隙,有效磁导率将大大降低。由于这个原因,即使使用了非常高的磁导率材料,有效磁导率也不会有太大的增加。因此,即使使用高磁导率的材料对电感器的小型化也是有一定的界限。

磁芯间隙

上1 节中所谈及的7G17D 之规格(表-2),它的温升允许电流值全部相同,实际的缘由是因为直流电阻是相同的。换句话说,如果直流电阻相同,线圈内部的绕组也都是相同的。

表-2 7G17D之规格
Type Inductance
(µH)
DC
saturation
current(A)
Temprature
rise
current(A)
7G17D-100M 10±20% 26.0 8.2
7G17D-220M 22±20% 13.0 8.2
7G17D-330M 33±20% 7.5 8.2

那么,你知道我们如何能改变电感吗? 答案是通过改变μe(有效磁导率)而不改变电感器的形式或匝数。

7G型的截面图
图-1 7G型的截面图

事实上,我们在磁性材料的铁氧体磁芯的一部分设计了间隙(狭缝:图-1)。在不改变铁氧体磁芯材料的情况下,间隙有助于改变有效磁导率(表观磁特性)。

然而,间隙的大小不仅影响电感,而且还影响直流饱和允许电流特性。

间隙大小、电感和直流饱和允许电流特性之间的关系如下图表-1 所示。
间隙的大小将在考虑到这两种平衡的情况下确定。

Core Gap characteristic
图表-1 磁芯间隙差距特征

请再看一下表-2。你可以发现,表-2 就像图表-1。(如果电感大,间隙就小)。

"为了减少损失,我们必须减少电线的匝数以获得低电阻,缩小间隙以增加电感。但是,直流饱和允许的电流特性将减少......这是一个两难的选择!"因此,对于我们这些线圈制造商来说,间隙是如何设计的。间隙设计在电感器的哪个部分,以达到最佳特性。这都是一个很好地展示我们实力的机会。

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。