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淺談3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件--電感（一）

來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2019-06-05 點(diǎn)擊量：1269

淺談3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件--電感（一）

對(duì)于3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件電感，設(shè)計(jì)者要在了解電感理論的基礎(chǔ)上，再根據(jù)結(jié)構(gòu)，額定電流，磁芯材料，磁芯損耗，溫度和飽和電流綜合評(píng)價(jià)，選擇最佳電感參數(shù)。

現(xiàn)在值得慶幸的是，許多電感供應(yīng)商都提供尺寸和性能優(yōu)秀的產(chǎn)品，甚至還可以修改產(chǎn)品參數(shù)以滿足用戶需求的服務(wù)。當(dāng)然成良電源的 3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的組成件電感也在其中。

電感、電阻和電容合稱為三大被動(dòng)元件，其電器特性雖然各有不同，但卻都是3C 產(chǎn)品中不可或缺的關(guān)鍵元件。3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的主要功能為穩(wěn)定電流與去除雜訊，另可搭配電阻與電容展現(xiàn)多種功能，故在機(jī)器、設(shè)備、消費(fèi)性電子、電力配輸與抑制電磁輻射方面被廣泛運(yùn)用。對(duì)電感的需求亦因而與日俱增。

3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的上游主要是以鎳鋅與錳鋅鐵氧體磁芯兩大系列為主，因材料特性之不同，分別應(yīng)用于資訊和通訊產(chǎn)品上。鐵氧體磁芯（Ferrite Core）是以高溫?zé)傻慕饘傺趸?，主要作為高頻線圈及變壓器等產(chǎn)品之磁芯。

3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感的發(fā)展趨勢(shì)主要是因應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展而變化。在電腦及其周邊資訊產(chǎn)品方面，由于對(duì)空間需求的迫切性不高，電感的發(fā)展以朝向產(chǎn)品體積小型化與發(fā)展排列式晶片電感為主。在通訊產(chǎn)品方面，由于該類產(chǎn)品對(duì)空間需求迫切度高，因此電感器除了朝向小型化發(fā)展外，亦需進(jìn)一步開發(fā)整合型元件以因應(yīng)產(chǎn)品的需求；此外，為因應(yīng)產(chǎn)品高頻化的發(fā)展，電感亦需提高其使用頻率，而朝向陶瓷等高頻材料及元件開發(fā)。整體而言，未來(lái)電感器將朝向小型化、高頻化及整合化發(fā)展。

當(dāng)導(dǎo)線內(nèi)通過(guò)交流電流時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍產(chǎn)生交變磁通，導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。當(dāng)電感中通過(guò)直流電流時(shí)，其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線，不隨時(shí)間而變化；可是當(dāng)在線圈中通過(guò)交流電流時(shí)，其周圍將呈現(xiàn)出隨時(shí)間而變化的磁力線。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律（Faraday's law）－磁生電來(lái)分析，3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感則是電流通過(guò)線圈產(chǎn)生的磁通量（Flux）儲(chǔ)存在鐵心中蓄積能量（Φ=LI），當(dāng)通過(guò)線圈的電流愈大時(shí)磁通量也相對(duì)愈大，即代表儲(chǔ)存的能量增加。

3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間段，電感L 內(nèi)的電流逐漸增加，當(dāng)導(dǎo)通結(jié)束后，進(jìn)入截止時(shí)間段，這時(shí)候由于L內(nèi)的電流達(dá)到最大值，電感中的電流不能突變，所以，繼續(xù)有電流流過(guò)，當(dāng)截止時(shí)間結(jié)束后，電感中的電流達(dá)到最小值，重新開始新的週期。電感就是透過(guò)這種在交換週期中的導(dǎo)通時(shí)間，將能量?jī)?chǔ)存在磁場(chǎng)內(nèi)，并在斷開時(shí)，將所儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載來(lái)工作。

由于電感中變化磁場(chǎng)會(huì)對(duì)周邊產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)周邊敏感元件產(chǎn)生干擾，因此遮罩是首先需要考慮的，遮罩的電感最主要就對(duì)外輻射少，但是尺寸比較大，線圈的損耗大，價(jià)格也貴。非遮罩的電感則可以做的很小，電流也可以做的很大，價(jià)格也便宜。如果設(shè)計(jì)中問(wèn)題輻射是關(guān)鍵因數(shù)，遮罩電感還是首選。另外一個(gè)是環(huán)形電感越來(lái)越受歡迎了，環(huán)形有利于電磁遮罩，并且這種空氣的間隙分佈也有利提高對(duì)電流的處理。

當(dāng)電流流經(jīng)時(shí)，電感的溫度會(huì)上升，交流紋波（AC ripple）會(huì)導(dǎo)致磁芯損耗，而直流電流會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)系數(shù)下降。穩(wěn)態(tài)狀況下直流電流Irms 引起電感溫度上升20-40 攝氏度，這也是電感功耗的主要參考。另外，也有將Irms 歸類成輸出電流或開關(guān)模組的平均電流。功耗有兩部分組成，已是由Irms 部分計(jì)算的直流損耗P=I2R和AC 紋波電流引起的磁芯損耗。

磁芯損耗涉及到磁芯材料的選擇和磁芯截面甚至紋波電流，開關(guān)頻率和結(jié)合電路部分的感應(yīng)系數(shù)。磁芯損耗的計(jì)算在開關(guān)開閉期間是不一樣的，但是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以估算出相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)值。

由于鐵氧體材料擁有高導(dǎo)磁率，因此相當(dāng)容易讓磁通量通過(guò)，這將可協(xié)助將磁通量維持在電感器的磁芯，同時(shí)創(chuàng)造較小尺寸高磁性電感器的可能性。這亦可由上述的電感方程式分析出，採(cǎi)用相關(guān)磁芯物質(zhì)，就可以使用較小的截面積。

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