片式電感及其應(yīng)用

引言

按照電感器在線路中發(fā)揮的功能，主要有兩方面的應(yīng)用，分別是波形發(fā)生器和扼流電抗器。其中，在波形發(fā)生方面的應(yīng)用又包括了諧振電路，振蕩電路，時(shí)鐘電路和脈沖電路等。在這類電路中，電感器必須具有高Q、小的電感偏差和穩(wěn)定的溫度系數(shù)。高的Q值使電路具有尖銳的諧振峰值；窄的電感偏差則保證了諧振頻率偏差盡可能的小；而穩(wěn)定的溫度系數(shù)則保證諧振頻率具有穩(wěn)定的溫度變化特性。

而扼流電抗器是將電感作為扼流圈來(lái)使用，這在電源電路中有廣泛應(yīng)用。這時(shí)電感器的主要參數(shù)是額定的工作電流、低的直流電阻和低的Q值。

當(dāng)電感作為扼流電抗器來(lái)使用時(shí)，總希望用它構(gòu)成的濾波電路具有寬的頻率抑制特性，因此，這種電感器并不需要有高的Q值。而低的直流電阻可以保證在額定電流通過(guò)電感器時(shí)，將有最小的電壓降。

這樣看來(lái)，同樣是一個(gè)電感器，不同的應(yīng)用場(chǎng)合中對(duì)電感器性能要求是不同的。

1 片式電感

片式電感分為繞線型和疊層型兩大類。繞線型電感器是將細(xì)的導(dǎo)線繞在軟磁鐵氧體磁芯上制成，外層一般用樹(shù)脂封固。其工藝?yán)^承性強(qiáng)，但體積小型化有限。

而片式疊層電感器則不用繞線，是用鐵氧體漿料和導(dǎo)體漿料交替印刷、疊層、燒結(jié)，形成閉合磁路；它采用先進(jìn)的厚膜多層鈍化技術(shù)和疊層生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了超小型表面安裝。

疊層型電感的主要特點(diǎn)是有磁屏蔽和直流電阻小。與繞線型相比，電感量和可允許通過(guò)的電流相對(duì)較小，但是更適合在高頻下使用。

片式電感的材料分成以鐵氧體磁性材料為基體和以陶瓷材料為基體兩個(gè)大類。

前者采用鎳鋅系和錳鋅系材料制成各種小型鐵氧體磁芯。大多數(shù)片式電感器，特別是片式功率電感器、片式EMI抑制器都使用鎳鋅系材料。

而錳鋅系材料主要用在片式變壓器和片式低頻電感器中。

后者采用低介電常數(shù)陶瓷制成的高頻片式疊層電感器，在其制作當(dāng)中還考慮了抑制雜散電容的問(wèn)題，用它做成的疊層電感器可以獲得較高的自諧振頻率，用在亞微波到微波波段，適合移動(dòng)電話向高頻化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要。

1)片式疊層電感器

片式疊層電感器，是電感領(lǐng)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。制作時(shí)不用繞線，而用鐵氧體漿料和導(dǎo)電漿料交替進(jìn)行多層印刷，然后通過(guò)高溫共燒結(jié)，形成有閉合磁路的電感線圈 (見(jiàn)圖1)?；蛘邔⑽⒚准?jí)鐵氧體薄片進(jìn)行疊層，每個(gè)磁性層有印刷的導(dǎo)體圖案和孔，孔中填充導(dǎo)電材料，從而把上層圖案和下層圖案連結(jié)起來(lái)，經(jīng)過(guò)加壓、燒結(jié)，形成一體化的多層電感器。這類電感器制作工藝更加適合尺寸微小型化，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；笊a(chǎn)。片式疊層電感器與片式繞線電感器相比有諸多優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，有利于電路的小型化；磁路封閉，不會(huì)干擾周圍的元器件，也不會(huì)受臨近元器件的干擾，有利于元器件的高密度安裝；一體化結(jié)構(gòu)，可靠性高；耐熱性、可焊性好；形狀規(guī)整，適合于自動(dòng)化表面安裝生產(chǎn)。

目前這類產(chǎn)品已取得較大進(jìn)展，并通過(guò)改進(jìn)磁性材料性能、改善內(nèi)部磁路結(jié)構(gòu)和加速器件小型化等措施，不斷拓展其應(yīng)用市場(chǎng)。片式疊層電感器是面向便攜式電話等移動(dòng)通信終端的高頻毫微亨級(jí)電感器，以及面向個(gè)人電腦等高速數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備的噪聲抑制器。

2)繞線型片式電感

另一種形式的片式電感器是片式繞線電感器，這是對(duì)傳統(tǒng)繞線型電感器的一種改進(jìn)，采用微小型工字型磁芯，經(jīng)繞線、焊接、電極成型、塑封等工序制成，見(jiàn)圖2。這種類型的片式電感生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，電性能優(yōu)良(電感量大，品質(zhì)因素高)，適合于大電流通過(guò)，可靠性好。但受磁芯尺寸和制造工藝限制，進(jìn)一步微小型有困難。

還有一種片式繞線電感是采用H型陶瓷芯，經(jīng)過(guò)繞線、焊接、涂復(fù)、環(huán)氧樹(shù)脂灌封等工藝制成，見(jiàn)圖3，由于電極已預(yù)制在陶瓷芯體上，制造工藝更加簡(jiǎn)單，而且可以進(jìn)一步小型化。這類電感的電感量較小，但自諧振頻率高(通常為5～6GHz，最高達(dá)12．5GHz)，更適合高頻使用。

2 片式電感與片式磁珠的區(qū)別

在《片式電磁兼容對(duì)策器件》這個(gè)話題中，片式電感主要是用來(lái)抑制電磁干擾的發(fā)生。所以比較電感器與磁珠(包括片式電感與片式磁珠)也應(yīng)該從這個(gè)主題出發(fā)。

電感器本身是一個(gè)無(wú)功元件，它在電路中不消耗能量。電感器之所以能夠阻止高頻信號(hào)在線路中流通，發(fā)揮對(duì)電磁干擾的抑制作用，是因?yàn)殡姼衅髟诟哳l信號(hào)作用下體現(xiàn)了一個(gè)高阻抗元件，阻止了高頻信號(hào)在線路中的流通，而將高頻信號(hào)反射回干擾源。就這個(gè)應(yīng)用的頻率范圍來(lái)說(shuō)，很少有超過(guò)50MHz的。

對(duì)磁珠來(lái)說(shuō)，它本身是一個(gè)軟磁鐵氧體磁芯，串聯(lián)在需要抑制干擾的線路上，誠(chéng)然在頻率較低時(shí)，鐵氧體磁珠在串聯(lián)電路上仍然體現(xiàn)為一個(gè)電感。然而對(duì)于頻率更高的干擾，由于磁芯的磁導(dǎo)率的降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小，因此磁珠電感對(duì)于高頻干擾的阻擋作用在減少。而與此同時(shí)，磁芯的損耗(渦流損耗) 卻在增加。后者等效為損耗電阻，電阻成分的增加，導(dǎo)致磁珠在線路上的總阻抗依然在增加，所以當(dāng)高頻干擾通過(guò)鐵氧體時(shí)，磁珠對(duì)高頻干擾的阻擋作用依然在增加，不過(guò)這次磁珠不是將高頻干擾反射回干擾源，而是將高頻干擾轉(zhuǎn)換成熱能的形式給耗散掉了。

這樣看來(lái)，電感器和磁珠在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有本質(zhì)性的不同，但是從抑制干擾的機(jī)理(依照抑制干擾的頻率范圍來(lái)劃分)來(lái)說(shuō)，兩者明顯是不同的，一個(gè)是將干擾反射回干擾源(指電感)，另一個(gè)是將干擾吸收掉(指磁珠)。