電感的高頻模型怎么來的？

為什么叫高頻模型呢？

為什么叫高頻模型呢，難道在低頻時(shí)是不成立的嗎？當(dāng)然不是的。僅僅只是因?yàn)樵诘皖l的時(shí)候，我們可以把電感當(dāng)作理想的，因?yàn)槠浞植茧娙莸挠绊懯强梢院雎缘?。而我們需要知道的是，即使我們?cè)诘皖l率使用時(shí)，也用高頻模型來分析，我們得到的結(jié)果也和不使用高頻模型時(shí)基本是一樣的。而一件事情，如果能更簡(jiǎn)單的描述，必然不會(huì)選用更復(fù)雜的。

就比如在低速的世界，我們使用牛頓定律完全沒問題，而不需要將愛因斯坦相對(duì)論加進(jìn)去，當(dāng)然，如果你不嫌麻煩，非要考慮相對(duì)論效應(yīng)，那也沒問題。而在高速的世界，我們不得不考慮相對(duì)論效應(yīng)，因?yàn)槠溆绊懸呀?jīng)很大了。同樣的，在高頻率的時(shí)候，我們也不得不考慮電感的分布電容的影響，于是不得不拿出我們電感的高頻模型。

電感高頻模型

電感的高頻模型也很簡(jiǎn)單，首先它是電感，肯定有電感量L，然后導(dǎo)線有一定的阻值，必然存在R，同時(shí)，電容的本質(zhì)就是兩個(gè)導(dǎo)體并排放著，中間填上絕緣介質(zhì)，就構(gòu)成了電容。那么線圈與線圈之間距離很近，也會(huì)存在寄生電容C。

但是問題來了，它為什么是這樣的組合呢？而不是右邊這兩種呢？

我們假定有均勻繞制的電感線圈，我們采用微分的辦法，因?yàn)榫€圈宏觀上看，它是一根導(dǎo)線構(gòu)成，那么可以看成由無數(shù)的△R，△L串聯(lián)構(gòu)成構(gòu)成，是連續(xù)的。同時(shí)，每一個(gè)微分單元本身是一段導(dǎo)線，那么微分單元與單元之間就相當(dāng)于是電容的兩個(gè)極板，即存在電容分量△C。所以，每一個(gè)微分單元可以看作是電感△L與電阻△R串聯(lián)，然后一起同電容△C并聯(lián)構(gòu)成。無數(shù)這樣微小的單元串聯(lián)在一起，然后我們?cè)俸?jiǎn)化一下，就構(gòu)成了我們常見的電感的高頻模型。

模型的作用

盡管我們實(shí)際使用的電感結(jié)構(gòu)有各種各樣的，但是原理都差不多，基本都可以用這個(gè)模型來等效……

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電感的Q值知多少

電感Q值，也是電感的基本參數(shù)之一。不過在DCDC電路設(shè)計(jì)中，我們很少去考慮它，廠家一般也不會(huì)標(biāo)注。那么電感的Q值到底是什么意思呢？我們什么時(shí)候要考慮呢？

還有這幾個(gè)問題：

①為什么DC-DC電路設(shè)計(jì)中，為了降低發(fā)熱，一般只考慮DCR，而不考慮電感Q值呢？

②功率電感的Q值曲線是怎么樣的？

③電感的Q值在自諧振頻率處是最大的嗎？

④電感的Q值是越大越好嗎？

電感的Q值定義

電感的Q值也叫作品質(zhì)因數(shù)，其為無功功率除以有功功率。簡(jiǎn)單理解的話，就是在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，無功功率為電感存儲(chǔ)的能量，有功功率為電感消耗的能量。

因此，電感Q值主要衡量的是損耗情況。為什么這么說呢？

理想電感本身是不能消耗能量的，而實(shí)際的電感是有損耗的。電感在一個(gè)充放電周期內(nèi)，儲(chǔ)存并釋放的能量為無功能量，而因?yàn)檫@個(gè)過程額外損耗的能量就是有功能量，損耗的能量主要作為熱量耗散。而兩者的比值就是電感的Q值。所以電感的Q值越高，損耗越小。

電感一般使用頻率遠(yuǎn)小于其自諧振頻率，因此寄生電容可以忽略，此時(shí)無功功率主要由電感產(chǎn)生，所以Q等于wL除以Rs。

需要注意的是，這里的Rs并不是電感的直流導(dǎo)通電阻Rdc，它包含了電感的所有損耗，我們可以稱之為等效串聯(lián)總電阻。

總電阻Rs包括這幾個(gè)分量：電感線圈的直流導(dǎo)通電阻Rdc；磁芯材料磁滯損耗和渦流損耗；趨膚效應(yīng)造成的損耗（不同頻率的損耗電阻Rac不同）。

實(shí)際上，Q值的提高往往受到一些因素的限制，如導(dǎo)線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗、鐵芯和屏蔽引起的損耗以及高頻工作時(shí)的集膚效應(yīng)等。因此，線圈的Q值不可能做得很高，通常Q值為幾十至一百。

功率電感為什么不考慮Q值

從前面Q值的定義看出，Q值越小，損耗越高，而DCDC中電感選型我們從來沒有說要考慮電感Q值，而僅僅只考慮DCR，這是為什么呢？

在BUCK電路中，負(fù)載所獲得的能量都是經(jīng)過電感，而電感電流可以看作是直流Idc上面疊加交流Iac，所以從電感輸送過去的能量可以看作是兩部分。一部分是直流電，一部分是交流電。

能量等于功率乘以時(shí)間，所以一個(gè)時(shí)間周期傳輸?shù)哪芰看笮》謩e對(duì)應(yīng)圖中的面積大小。

Buck電路設(shè)計(jì)中，一般交流電流Iac的峰峰值為電感平均電流的30%左右，因此，我們可以得到，直流電能量占總傳遞能量的85%，而交流能量占15%。

盡管我們一般并不知道功率電感的Q值是多少，但是電感在開關(guān)頻率處的Q值總不會(huì)小于10。而即使我們讓Q等于10來計(jì)算，交流電流來的損耗也不過1.5%左右。事實(shí)上，我上村田官網(wǎng)查詢了功率電感的Q值，在1Mhz處，Q值基本在15-40之間，因此交流能量帶來的損耗應(yīng)該是千分之幾，是比較小的。正是因?yàn)槿绱?，我們?cè)贒CDC電路中，一般不用去考慮電感的Q值，因?yàn)樗挠绊懕容^小。

與此同時(shí)，電感的直流電傳遞了85%的能量給了負(fù)載，而其損耗主要由直流導(dǎo)通電阻DCR決定，因此，我們?cè)谶x用電感的時(shí)候，主要去看DCR參數(shù)。為了減小發(fā)熱，一般選用DCR值小的……

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電感有耐壓值嗎？

關(guān)于電感，我在很久之前梳理過了，不過最近又學(xué)了點(diǎn)新東西，那就是電感的耐壓值參數(shù)。

我們確實(shí)很少會(huì)關(guān)注電感兩端的耐壓，它也不是關(guān)鍵參數(shù)，那么只會(huì)有一種原因，那就是我們的使用場(chǎng)景中，電感耐壓總是滿足要求的，所以就不用考慮了。

傳統(tǒng)繞線電感和磁封膠結(jié)構(gòu)電感的磁芯材料是鐵氧體（絕緣體），漆包線耐壓一般是1KV，所以這些電感的耐壓值是比較高的。而我們常規(guī)使用環(huán)境電感兩端出現(xiàn)的電壓一般也就幾伏或者十幾伏，所以耐壓自然能滿足要求。

但是，一體成型電感構(gòu)造不一樣，所以它的耐壓值比較低，需要考慮。

一體成型電感耐壓

一體成型電感的額定電壓來源是因?yàn)樗描F粉。一體成型鐵粉是在合金粉外裹了一層環(huán)氧樹脂絕緣層，環(huán)氧樹脂絕緣層很薄，所以一體成型電感會(huì)因加在電感兩端電壓過大造成鐵粉耐壓不足導(dǎo)致粉體擊穿。

因?yàn)殍F粉供應(yīng)商不同，所以絕緣層厚度也不盡相同，同時(shí)成型壓力也會(huì)損傷部分鐵粉的絕緣層。因此不同的廠家的電感會(huì)有不同的額定電壓工作值。

比如下面奇力新的MHCI系列，明確了電感的耐壓值為30V。

還有下面的VISHY的IHLP-3232CZ-01系列，耐壓值是75V。

不過更多的廠家并沒有在手冊(cè)中標(biāo)注這個(gè)參數(shù)。所以我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，比如DC-DC升壓或者降壓壓差比較大的，建議向廠家咨詢下具體耐壓參數(shù)，不能超標(biāo)使用……

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寄生電感怎么來的？

最近在整理電感的內(nèi)容，忽然就有個(gè)問題不明白了：寄生電感怎么來的呢？一段直直的導(dǎo)線怎么也會(huì)存在電感，不是只有線圈才能成為電感嗎？

想到以前看的書，這個(gè)寄生電感的存在大家都默認(rèn)是有的，貌似也沒有人懷疑這個(gè)東西是真的存在嗎（還是只有我沒懷疑）？說到芯片，就是引腳寄生電感，走線長點(diǎn)，就是引線電感這些東西，說到傳輸線，也說有寄生電感。那么它們到底是怎么來的呢？

為了搞清這個(gè)問題，我查了一些資料，結(jié)合自己的思考，把我的想法分享給大家。

電感的定義

首先，要解決上面的問題，咱們必須得認(rèn)真對(duì)待下電感的定義是什么這個(gè)問題了，這里要區(qū)別下我們用的電感這一元器件，我們想說的是電感的廣義定義，不僅僅是刻意做出的器件，還包括無意中形成的電感。

上網(wǎng)查了一下，很多地方定義都不盡相同，先來看看百科的定義。

百度百科定義：電感是閉合回路的一種屬性，是一個(gè)物理量。當(dāng)電流通過線圈后，在線圈中形成磁場(chǎng)感應(yīng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗，也就是電感。

有個(gè)關(guān)鍵詞，就是“閉合回路”，我們見過的電路，基本都是閉合的，不論是直接通過導(dǎo)線直連閉合，還是通過電容耦合過去形成通路。

然而，這個(gè)定義不能讓我們理解一些問題。比如，我們經(jīng)常說的引線電感，過孔電感等等。一段引線和過孔等，它們只是構(gòu)成回路的一部分，然后我們卻能通過公式計(jì)算出來它們的電感值，說明引線和過孔的電感是固定的，它與回路的其它部分沒有關(guān)系。我們?nèi)绾卫斫膺@種回路的局部電感呢？

局部電感、導(dǎo)線的電感

電流流過導(dǎo)線，會(huì)在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)導(dǎo)線電流變化時(shí)，這個(gè)磁場(chǎng)也會(huì)變化，變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)將阻礙電流的變化，而阻礙電流變化的這種能力，就可以理解為電感，因?yàn)閷?dǎo)線是回路的一部分，所以這部分電感稱之為局部電感。

實(shí)際上前面所說的回路的總體電感，應(yīng)是整個(gè)回路所有導(dǎo)線相加所得的結(jié)果。

本來寫到這里，也差不多能扯明白寄生電感，直導(dǎo)線電感怎么來的。不過，我相信，你現(xiàn)在覺得上面這些都是理所當(dāng)然的，過個(gè)兩天，又一切歸于0。這幾句話更像是結(jié)論，并不知道是怎么來的，頭腦里面也不好建立一個(gè)圖像場(chǎng)景。

為了更為清晰的理解，于是我又多想了，而且產(chǎn)生了新的問題：貌似我記得麥克斯韋方程組說了，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)是環(huán)形電場(chǎng)的，怎么到這了變成了沿著導(dǎo)線了方向了呢？麥克斯韋那是不可能錯(cuò)的了，上圖的作者都出書了，也不至于出錯(cuò)吧。

為了搞清楚，我又只能去翻翻麥克斯韋方程組了，這個(gè)方程組說實(shí)話，看了好多遍，看了忘，忘了看，不過好在，多看幾次，在似懂非懂的道路上，向懂的方向不斷進(jìn)步。

這里主要用到麥克斯韋方程組里面，磁生電的那一個(gè)公式，方程式子我就不列了（原因你懂的）。意思就是，任意取一個(gè)曲面，如果里面通過的磁感線數(shù)量發(fā)生變化，那么會(huì)在這個(gè)曲面感生出電場(chǎng)。示意圖如下（圖片來源于：長尾科技）：

知道了這些，那么上面那個(gè)問題（產(chǎn)生的電場(chǎng)是環(huán)形電場(chǎng)的，怎么到這了變成了沿著導(dǎo)線了方向了呢）就容易明白了，理解過程如下圖。

我們?cè)谕妼?dǎo)線上面和下面對(duì)稱選兩個(gè)面，假如電流在曲面1產(chǎn)生的磁場(chǎng)向上，那么在曲面2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向就是向下的，兩者是相反的。如果電流減小，那么磁場(chǎng)B會(huì)減小，產(chǎn)生的環(huán)形電場(chǎng)如黃色線圈，兩個(gè)曲面的磁場(chǎng)方向不同，所以產(chǎn)生的環(huán)形電場(chǎng)是一個(gè)順時(shí)針，一個(gè)逆時(shí)針。兩個(gè)環(huán)形電場(chǎng)在導(dǎo)線上的疊加，電場(chǎng)方向就是沿導(dǎo)線向右的，也說明了此時(shí)是阻止電流變小的。

總得來說，一段導(dǎo)線上如果有電流變化，那么會(huì)自己產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流的變化，這不就是電感么……

原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-6076.html

共模電感在EMC中的應(yīng)用

無線電騷擾特性用于保護(hù)車載接收機(jī)的限制和測(cè)量方法（等同于國際標(biāo)準(zhǔn)CISPR25）用于考查汽車及其零部件產(chǎn)生的各種電磁騷擾對(duì)車內(nèi)無線接收機(jī)的騷擾程序，并對(duì)騷擾以限制形式加以限制。

輻射類騷擾通常分為RE（Radio Emission）-輻射騷擾測(cè)試，CCE(Current Conducted Emission)-電流法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，VCE-電壓法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，今天我們要討論的CCE測(cè)試，CCE測(cè)試目的是測(cè)量EUT電源線束和信號(hào)線束對(duì)外的連續(xù)騷擾，試驗(yàn)過程在電波暗室中進(jìn)行。

我們知道EMC整改分為干擾源，干擾路徑，被干擾源。對(duì)于輻射類問題，最主要是確認(rèn)干擾源和干擾路徑，確認(rèn)了干擾源，可以通過展頻，跳頻（頻率切換，避開測(cè)試嚴(yán)重的頻段，特別是對(duì)于DCDC電源），RC吸收電路，法拉第屏蔽籠等方法處理，確認(rèn)了干擾路徑，可以從“堵”或者“疏”的角度處理，“堵”包括信號(hào)線/電源線選擇性串聯(lián)電阻，磁珠，電感等元器件，容性耦合和感性耦合的可考慮增加干擾源和耦合路徑的距離，減小有效面積，改變板材介電常數(shù)，對(duì)外輻射的可以考慮選用屏蔽罩等處理辦法。

下面以一篇實(shí)例說明。

車載產(chǎn)品在進(jìn)行CCE測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)50mm和750mm處，27.12MHz測(cè)試超標(biāo)12db，如圖1所示：

針對(duì)該問題：

1.可以將產(chǎn)品和線束一分為二看待，之所以要這樣處理，是因?yàn)橐环譃槎螅绻袛鄟碓从诰€束傳導(dǎo)輻射，可以快速選用磁珠，電感和共模電感進(jìn)行應(yīng)對(duì)（暫拋開物料成本），如果線束端處理不效果不明顯，可進(jìn)一步考慮產(chǎn)品端的，確認(rèn)干擾源，干擾路徑后處理。判斷干擾來自哪些線束，測(cè)試樣品CCE共有四根線束，電源，GND和CANH，CANL。我們將線束分成兩組，電源和GND一組，CANH和CANL一組，測(cè)試結(jié)果如下圖2和圖3所示……

原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-6099.html

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