电感在高速电路中设计应用与分析

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以DCDC电源为例,它是通过不断的高速开、合MOSFET管形成所需要的电源电压。开合的过程中为了保持电流持续,电路正常工作,电感需要延缓交流电流的变化、同时也要保证电路在满载工作时直流电流的通过、同时还对输出的电压进行滤波。通过上述的例子我们发现,电感在电路中的作用有三点:

①通直流、阻交流

②延缓电流的变化,保持器件工作电流的稳定

③滤波

而根据电感的实际应用场合,可将电感分为高频信号用电感、一般信号用电感、电源电路用电感。在不同的应用场合,我们需要根据器件规格书中提供的器件参数来选择合适的电感。下面我们将根据电感的不同关键参数来解释在不同电路中应如何选择电感。

*电感值

*直流阻抗

*自谐振频率(Q最大时的频率)

*额定电流

1、高频信号用电感

1.1高频信号主要用在射频信号上。

电感值范围:0.6-390nH电感量

直流电阻:有多种直流电阻选择,一般而言电感量越大,电感直流阻抗越大。

自谐振频率:可以高达12GHz。电感值越大,自谐振频率越低。

额定电流:几十毫安到几百毫安。对于高频用电感而言,电感值越大,额定电流越小。

1.2应用特点

电感值和自谐振点与工作频率的关系如下图所示。

电感值和自谐振点与工作频率的关系

电感值和自谐振点与工作频率的关系

从上图可以看出,当工作频率小于自谐振频率时,电感值基本保持稳定。但是超过自谐振频率后,则电感值急剧加大。当然当超过一定程度时,电感量也会再次变小。

在高频应用中电感选择的工作频率应在自谐振频率以下。

2、一般信号用电感

一般信号用电感主要用于高速信号上。

2.1主要参数

*电感值范围0.01-1000uH。

*直流电阻

一般信号用电感的直流电阻比高频信号用电感的直流阻抗要大

*自谐振频率:几十兆到几百兆赫兹

*额定电流:几毫安到几十毫安

2.2应用特点

电感的阻抗与工作频率的关系

电感的阻抗与工作频率的关系

电感的值与工作频率的关系

电感的值与工作频率的关系

电感的Q值与工作频率的关系

电感的Q值与工作频率的关系

从以上三个图可以看出,当电感的工作频率小于自谐振频率时,则电感值基本保持不变。随后随着工作频率的加大而先变大后迅速减小。同时也可以看出随着电感工作频率的增减电感先便显出感性,后表现出容性。

因此应用中选择此类电感的工作频率应小于自谐振频率。多用于高速信号线互联使用此电感加以滤波及消除更高频的自谐振纹波。

3、电源用电感

电源用电感主要用于电源电路

3.1主要参数如下

*电感值范围1-470uH。

*直流电阻。不同工艺的直流电阻差别很大,同时对于同一种工艺的电感,电感量越大直流阻抗越大。

*自谐振频率。几十兆到几百兆赫兹

*额定电流。几十毫安到几十安

3.2应用特点参考一般用电感

3.3电源用电感在选择时需注意三个问题

3.3.1当电感与电容组成低通滤波器时,应注意电感的工作频率应小于自谐振频率。

3.3.2当电感用于电源滤波时,特别是大电流的情况,应注意电感直流内阻的直流压降,同时也要注意电感的工作电流应小于额定电流,放置电感磁饱和,引起电感发热,性能下降

3.3.3当电感用于DCDC电源时,应注意不同规格的电感,参数大不相同,即使是同一个封装的也不一样。

3.3.4当电感用于DCDC电源降压或升压过程中时,电感量越大,纹波越小,器件的电流连续性越好,但是对负载的反应速度也就越差。

3.3.5当电感用于DCDC电源降压或升压过程中时,应注意电感的直流电阻,直流电阻越大,那么电源在电感直流内阻上消耗的功率就会越大,电源发热就越严重,电源效率就会越小。在一些对器件尺寸要求严格,使用环境苛刻的地方,电感选用更要小心。

文章转载自:何雪涛硬件设计

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