電感器之電氣特性及封裝結構

在設計開關轉換器并挑選電感器時，電感值L、阻抗Z、交流電阻ACR與Q值（quality factor）、額定電流IDC與ISAT、以及鐵芯損失（core loss）等等重要的電氣特性都必須考慮。此外，電感器的封裝結構會影響漏磁大小，進而影響EMI。以下將分別探討上述之特性，以作為選擇電感器之考慮。

1。 電感值（L）

電感器之電感值在電路設計時為最重要的基本參數，但必須看在工作頻率下此電感值是否穩定。電感的標稱值通常是在沒有外加直流偏置的條件下，以100 kHz或1 MHz所量得。且為確保大量自動化生產的可能性，電感之容差值（tolerance）通常是 ±20%（M）與±30%（N）居多。在高頻段因寄生電容與電感所產生的諧振，電感值會上升，此諧振頻率稱為自我諧振頻率（self-resonant frequency；SRF），通常需遠高于工作頻率。

2。 阻抗（Z）

電感的阻抗約與頻率成正比（Z=2πfL），因此頻率愈高，電抗會比交流電阻大很多，所以阻抗表現就如同純電感（相位為90?）。而再往高頻，由于寄生電容效應，可以看到阻抗的自我諧振頻率點，過了此點阻抗下降呈現電容性，且相位逐漸轉為-90 ?。

3。 Q值與交流電阻（ACR）

Q值在電感的定義中為電抗與電阻的比值，也就是阻抗中虛數部分與實數部分的比。

其中XL為電感器之電抗，RL為電感器之交流電阻。

在低頻段，交流電阻比電感造成的電抗大，所以其Q值很低；隨著頻率增加，電抗（約為2πfL）愈來愈大，即使電阻因集膚效應（skin effect）與鄰近（proximity effect）效應愈來愈大，Q值仍隨頻率增加；在接近SRF時，電感抗逐漸為電容抗抵消，Q值又逐漸變小；在SRF時變為零，因電感抗與電容抗完全相消。

在電感的應用頻段里，Q值愈高愈好；表示其電抗遠大于交流電阻。一般而言，Q值最好達到40以上，表示此電感的質量佳。然而，一般隨直流偏置增加，電感值會下降，Q值也會降低。若采用扁平漆包線或多股漆包線，可以降低集膚效應，即交流電阻，也就可以提升電感的Q值。

直流電阻DCR一般多認為是銅線的直流電阻，此電阻可依線徑與長度計算。然而大部分小電流SMD電感在繞線終端會用超音波焊接做SMD的銅片，但因為銅線長度不長，電阻值不高，因此焊接電阻常會占整體直流電阻相當的比例。以TDK之繞線式SMD電感CLF6045NIT-1R5N為例，其量測直流電阻為14。6mΩ，而依線徑及長度計算之直流電阻為12。1mΩ。結果顯示此焊接電阻約占整體直流電阻的17%。

交流電阻ACR則因有集膚效應與鄰近效應，而會造成ACR隨頻率增加；一般電感的應用，因交流成份遠低于直流成份，所以ACR造成的影響并不明顯；但是在輕載時，因為直流成份降低，ACR造成的損耗便不能忽略。集膚效應即在交流的條件下，導體內部電流分布不均勻而集中在導線的表面，造成等效導線截面積降低，進而使導線的等效電阻隨頻率提高。另外，在一個導線繞組中，相鄰的導線會因電流造成磁場的相加減，使得電流集中在導線鄰近的表面（或最遠的表面，視電流方向而定），同樣造成等效導線截面積降低，等效電阻提高的現象，即所謂的鄰近效應；在一個多層繞組的電感應用里，鄰近效應更是明顯。

在頻率為1kHz時，電阻約為360mΩ；到了100kHz，電阻上升到775mΩ；在10MHz時電阻值接近160Ω。在估算銅損時，其計算須考慮集膚與鄰近效應造成的ACR，并修正成式。

IAC,i為某諧波頻率的RMS電流，RAC,i為該頻率下之交流電阻。

4。 飽和電流（ISAT）

在開關電源的設計中電感的設計為工程師帶來的許多的挑戰。工程師不僅要選擇電感值，還要考慮電感可承受的電流，繞線電阻，機械尺寸等等。本文專注于解釋：電感上的DC電流效應。這也會為選擇合適的電感提供必要的信息。

好了，以上就是有關電感器之電氣特性及封裝結構的介紹，希望可以幫助到大家~

上一信息：電感磁芯的飽和度介紹

下一信息：電感失效分析