





设计定制电感

电感器制造商在标准器件系列方面取得了巨大进步。在过去10年中,这一类别中的现成零件的选择显著增加。然而,越来越多的工程师正在从头开始设计他们自己的电感器和变压器。
标准组件制造商不可能提供每个设计所需的准确信息。如果你有一些处理设计的***知识,定制是一个好方法。磁芯和线轴的可用性表明这越来越普遍。一些流行的磁芯可以从Digikey和Mouser购买(图1)。选择仍然非常有限,但这是一个好的开始。选择电感值
许多工程师认为,应该使用单个电感值来实现给定的设计。例如,他们可能已经阅读了应用笔记或教科书来设置L-down转换器中的电流纹波值。我想提醒大家不要对这项技术有太多的信心。实际上,转换器中可以工作的电感范围非常大[2]。它的范围可以从40到1,纹波电流与DC电流的比率从5%到200%不等。200%的值可能看起来太大,这意味着L-down转换器以不连续模式运行。然而,在这种模式下可以获得软交换的一些优势。一些复杂而密集的转换器就是这样设计的。对于没有经验的工程师来说,这有时很难接受,但是电感值没有“正确”的答案。实验和测试是***实现应用程序优化设计的佳方式。不要害怕设计迭代——只要学会如何有效地利用你的时间。图2显示了一个应用,其中我们希望设计一个电感——一个工作频率为300kHz的300瓦压降L电压转换器。
电感式传感器的工作原理
同步是感应位置传感器的另一种形式,当线圈相对移动时,它测量感应耦合。同步通常是旋转的,需要与传感器的移动和固定部分(通常称为转子和定子)电连接。它们具有极高的精度,可用于工业计量、雷达天线和望远镜。同步非常昂贵,越来越不常见。其中大多数已被(无刷)旋转变压器取代。这些是感应位置检测器的另一种形式,但是电连接只与定子上的绕组连接。
LVDT、RVDT和旋转变压器测量线圈之间电感耦合的变化位置,通常称为初级和次级绕组。传感器的初级绕组将能量耦合到次级绕组中,但是耦合到每个次级绕组中的能量比率与导磁目标的相对位移成比例地变化。在LVDT,这通常是一根穿过缠绕孔的金属棒。在RVDT或旋转变压器中,它通常是一个成型的转子或极片,相对于围绕转子外围布置的绕组旋转。LVDT和RVDT的典型应用包括航空副翼、发动机液压伺服系统和燃油系统控制。旋转变压器的典型应用包括无刷电机的换向。
感应位置传感器的一个显著优点是相关的信号处理电路不需要位于传感器线圈附近。这允许感测线圈位于恶劣的环境中,否则它可能会阻碍其他技术,例如磁传感器或光学编码器,因为它们需要相对精细的硅基电子器件来位于感测点。
电感的特性——电流不能突变

在理解了电感的工作方式之后,我们再来看电感***重要的特性——电感上的电流不能突变。
在开关闭合的瞬间,电感上的电流为0A,相当于电感开路,这是因为瞬间的电流急剧变化,会产生巨大的感应电流(绿色)来抵抗外部激励电流(蓝色);
在达到稳态的过程中,电感上的电流大小按指数规律变化;
在达到稳态后,电感上的电流为I=E/R,相当于电感短路;
与感应电流相呼应的是感应电动势,它的作用是对抗E,所以称为Back EMF(反向电动势);
四、到底什么是电感?
电感是用于描述器件对抗电流变化的能力,如果对抗电流变化的能力越强,那么电感的***越大,反之越小。
对于直流激励来说,***终电感呈现为短路状态(电压为0)。但在通电的过程中,电压和电流不为0,意味着有功率,累积这些能量的过程就是充电,它以磁场的方式储存起这些能量,在需要的时候(如外部激励不能维持稳态情况下的电流大小)释放能量。
