上一篇介绍了磁的原理从而探究了电感的来源，根据电磁感应定律，我们知道磁生电，电生磁，诞生了电感的特性，接下来通过以下几点介绍电感的性能。

一、电感的定义

二、电感的原理

 三、电感的串联

四、电感的并联

五、电感的互感

六、电感的特性

     1、通直隔交、通低频阻高频

     2、电感两端电电流不能突变的特性

     3、电感的频率曲线

     4、电感上的电流落后电压90°相位

七、电感的选型参数

八、电感的种类

九、共模电感和差模电感的区别

一、电感的定义

电感是一种由线圈组成的无源电气元件，是用于滤波、定时、电力电子应用的两端元件，属于一种储能元件，常用字母“L”表示。电感的符号用“L”表示，单位为亨利（H）,通常是由一个绕有绝缘线的导线线圈所构成，因此在电路图中，常用一段具有多个弯曲或波浪形线条的符号来代表电感。  电感器（Inductor）是一种根据电磁感应原理制成、能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，会因为通过的电流的改变而产生电动势，从而抵抗电流的改变。实际上，凡是能够产生自感、互感作用的器件，均可称为电感器。1H =103mH =106μH =109nH =1012pH，常用的电感单位有pH、nH和μH。

电感实际生产出来并不是理想电感，线圈匝数之间也会存在寄生电电容，线圈也不是超导体，会存在 直流电阻，所以，电感等效模型如下图。

二、电感的原理

当电流通过线圈时，电感会产生感应电动势来阻碍导线中电流的变化，储存能量于磁场中。电感线圈是把导线（漆包线或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的。而电感量是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量：是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

电感的计算公式表示如下：L=k*μ0*μs*N2*S/l

μ0为真空磁导率，μs为线圈内部磁芯的相对磁导率（空心线圈时μs=1），N为线圈匝数，S为线圈截面积，l为线圈长度，k为系数，取决于线圈的几何形状和材料特性。

当电流流过线圈后，会产生磁场，磁感线穿过线圈，产生的磁通量与电流 I 有如下关系，Φ为磁通量，L 即为线圈的自感系数，也就是电感：

L = Φ/I

感应电动势为E，则E =n*ΔΦ/Δt，带进去得：

电感储能公式：

 三、电感的串联

无互感的串联：无互感的电感器串联电路，总电感值等于各电感值之和。

互感的串联 :将具有互相感应的电感器串接在一起，必须考虑因磁力线 ( 或磁通 ) 方向的相同或相反，产生总磁力线数的增加或减少， 对总电感值的影响。

串联同相：两线圈的磁力线方向相同，形成增强的趋势，互感值为正。总电感值的数学式为 LT ＝ L1 ＋ L2 ＋ 2M。

串联反向： 

下图中的电路显示，两线圈的磁力线方向相反，形成减弱的趋势，互感值为负。总电感值的数学式为 LT ＝ L1 ＋ L2 － 2M。

四、电感的并联

无互感影响的电感器并联电路，总电感值的求法与电阻并联相同，即各电感值的倒数和再取倒数值。

有互感的并联 :当互感电感并联时，磁力线方向相同会增强总磁通量，相反则会减弱。

并联同相：下图所示电路中，两线圈的磁力线方向相同，形成增强的趋势，互感值为正。

 并联反相：如下图所示电路，两线圈的磁力线方向相反， 磁力有减弱的趋势，互感值为负。

五、电感的互感

电感是自感和互感的总称，只存在单个线圈时，电感就是指自感。必须至少存在两个线圈才能讨论互感和漏感。两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

当存在两个线圈时，其中一个线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二个线圈相环链，产生互感磁链。这种反映一个线圈对应一个线圈产生互感磁链能力强弱的物理量称为互感系数，简称互感。

互感系数用公式表达为：

式中，k为耦合系数，取值为0~1，0表示两个线圈完全没有耦合，1表示两个线圈完美耦合；LAA和LBB为两个线圈的自感。

互感电动势的大小为：eM1=-MdiA/dt ；eM2=-MdiB/dt

M是两个线圈的互感系数。负号说明互感电动势总是使互感电流建立的磁场阻止原磁场的变化。

左边线圈的电流是从1端流入，右边线圈的电流是从3端流入，两线圈产生的磁通方向是一致的(相助)，则1端和3端为同名端，2端和4端为同名端，1端和4端为异名端，2端和3端为异名端。

互感现象在电工和电子技术中应用很广，通过互感，线圈使能量或信号由一个线圈很方便地传递到另一个线圈，利用互感现象的原理可制作变压器、感应圈等。    

互感现象在某些情况下也会带来不利的影响，例如，有线电话往往由于电话之间的互感而可能造成串音。在电子线路中，由于线圈位置安排不当，或者导线及部件之间的互感造成干扰，甚至使电路不能正常工作，在这种情况下应设法减少互感耦合。例如把线圈间的距离增大或使用两线圈垂直放置。在某些特殊情况下还可以把线圈或其它元件用铁磁材料屏蔽，以消除互感的有害影响。

六、电感的特性

1、通直隔交、通低频阻高频

电感对直流呈现很小的电阻（近似于短路），对交流呈现的阻抗与信号频率成正比，交流信号频率越高，电感呈现的阻抗越大，电感量越大，对交流信号的阻抗越大。

电感的感抗为:XL=2πfL=jwL

2、电感两端电电流不能突变的特性

从这个公式中，我们也可以得出以下特性：

1、流过电感的电流不会突变，电流突变会造成di/dt 的值无限大，也就是说在电感两端产生无限大的电压，这通常会对电路造成破坏，需要尽量避免。

2、电感在直流电路中相当于短路，直流电路中，di/dt 为0，产生的感应电动势为0，也就是说电感在直流电路中相当于短路。

3、电感两端加恒定电压时、电流线性增大或者减小，在电感两端加上恒定电压U 时，感应电动势与所加电压相等，方向相反，等于-U（负号表示感应电动势要阻止电流变化）。根据上述公式，di/dt=U/L=常数，这说明电感的电流是线性的增加的。

3、电感的频率曲线

电感的品质因素（Quality Factor，简称Q值）是衡量电感器性能的重要指标之一。它通常定义为电感的感抗与其等效串联电阻之比。Q值越高，表示电感的性能越好，电感的寄生参数也越小。XL 为电感的感抗， R 是电感的直流电阻（DCR）。

电感Q值的计算：

从能量的角度来看，等效电阻越大，对应的有功功率就越大，实际消耗掉的能量就越大，电感存储或释放能量的效率就越低。品质因数Q与线圈损耗呈反比。Q越大，线圈损耗越小。品质因数Q可以用于衡量电感的损耗情况。高Q值电感通常与电容组成的谐振电路具有更好的选频特性。

在电感的应用频段里，Q值愈高愈好，表示其电抗远大于交流电阻，一般而言Q值最好达到40dB以上。随着直流偏置增加，电感值会下降，Q值也会降低。若采用扁平漆包线或多股漆包线，可以降低趋肤效应，即交流电阻，也就可以提升电感的Q值。

由于Q 值的计算受感抗影响，也就是受频率影响，实际中，常用谐振频率点处的感抗来计算Q 值，谐振频率为：

那么对应的Q值为：

电感在不同频率下表现出的阻抗值不一样，经常说电感通直隔交就是说当直流通过电感时，电感表现出非常小的阻抗，而当频率较高时，电感表现出较大的阻抗。

但是电感的阻抗并不是一直随着频率增加而增加，由于电感生产工艺和PCB焊接时无法避免的存在寄生电容，当信号频率刚好时电感和寄生电容出现谐振时，这个时候电感的阻抗最大，当频率继续增大时，电感的阻抗开始降低，并表现为电容性。阻抗随频率变化的曲线如下图所示。   

4、电感上的电流落后电压90°相位

感应电压v(t)=L*di(t)/dt，若i(t)=sin(ωt+θ)，则v(t)=L*cos(ωt+θ)，电感上电流落后感应电压90°相位。

七、电感的选型参数

（1）电感量及允许误差

电感量也称自感系数，是表示电感原件自感应能力的一种物理量。电感量的大小，表示线圈本身固有特性，反映电感线圈存储磁场能的能力，也反映电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力。电感线圈的电感量的大小与线圈圈数、绕制方法以及芯子介质材料有关。

电感的实际电感量相对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差。一般固定电感器误差分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，分别表示误差为±5%、±10%、±20%。精度要求较高的振荡线圈，其误差为±0.2%～±0.5%。

（2）品质因数（Q值） 

品质因数是电感线圈的重要参数，是衡量线圈品质好坏的一个物理量，品质因数也叫Q值，Q值大小反映了电感线圈损耗的大小、质量的高低，Q值越高，表明电感线圈功耗越小，效率越高，则“品质”越好。品质因数的大小与绕制线圈的导线线径、绕法、绕制线圈的股数等因素有关。电感线圈的Q值通常为几十到100。 

（3）分布电容

线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底板间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，并使电感线圈工作频率低于理想线圈的固有频率，因而线圈的分布电容越小越好。

（4）自谐振频率SRF(Self-Resonance Frequency)

由于Cp的存在，与L一起构成了一个谐振电路，其谐振频率便是电感的自谐振频率。在自谐振频率前，电感的阻抗随着频率增加而变大；在自谐振频率后，电感的阻抗随着频率增加而变小，就呈现容性。超过自我共振频率时，电感器将无法发挥其功能。

（5）直流电阻（DCR）

即DC Resistance，指电感线圈本身在直流下的电阻值，影响它在工作时的损耗。DCR越小，表示线圈的导电性能越好，能量损耗越小。电感量越大，绕制导线的匝数越多，线越长，DCR越大，而同等电感量时，封装越大，额定电流越大，导线越粗，DCR越小。

（6）交流电阻（ACR）

电感内部除了DCR，在实际使用时，还包含导致磁芯的涡流损耗产生的电阻成分，以及趋肤效应和邻近效应造成电流分布不均匀而增加的等效电阻成分，统称为交流电阻。ACR与频率成正比，频率越高，ACR越大，导致高频的功率损耗越大。

（7）Isat（饱和电流）

也叫直流叠加额定电流，当电感上流过的直流电流逐渐增大时，电感磁芯逐渐进入饱和状态，电感量会逐渐减小，当电感量下降30%时的电流称作饱和电流。注意一下不同厂家的饱和电流定义不一样，有些厂家设定为20%，互相替代使用时要注意。相同磁芯的情况下，感值越大，越容易饱和，即饱和电流越小。

（8）Itemp、Irms（温升电流）

当电感上流过的电流逐渐增大时，电感温度逐渐升高，当升高到一定程度时的电流叫做温升电流。大多数厂家会提供温升40℃时的电流。相同电流的情况下，直流电阻越大，发热越多，温升电流越小。

在选型电感时，需要主要如下几点问题：

（1）在进行电感选型时，需要参考Isat和Irms中较小的那个参数；

（2）电感电流选型参考的是电路系统工作时的峰值电流；

（3）电感电流选型时一定注意需要降额设计，一般降额0.7左右。

八、电感的种类

1.贴片绕线功率电感

一般由线圈和磁芯组成，在电路中起滤波和振荡作用。它的特点是电感量范围广，电感量精度高，损耗小，制作工艺简单、成本低等，但不足之处是在进一步小型化方面受到限制。

2.一体成型电感

一体成型电感，也叫模压电感，其工艺是将绕组本体埋入金属磁性粉末内部压铸而成。相比绕线功率电感，其磁屏蔽效果好，抗电磁干扰和饱和能力强。

3.叠层电感

故名思义，叠层电感就是很多层叠在一起，不过这个层指的是铁氧体层。叠层电感，外形尺寸小，标准化程度非常高，非常适合机器大规模自动化生产。

4.工字电感

工字电感线圈一般由磁心、绕线等材料组成，其基本结构与绕线功率电感相似，插件工字电感因为体积大，绕线空间大而可以设计成大电流电感，从而在大功率产品应用上具有一定的优势。

5.空心电感

空心电感主要是讯号处理用途，用作共振、接收、发射等。空气可应用在高频电路，故部分要求不太高的产品仍在使用。

6.棒型电感

棒型电感是空心电感的加强版，电感值跟导磁率成正比，将磁性材料放进空心线圈，电感值、Q值等都会大大改善。

7.色环电感

色环电感是棒形电感的改良产品，以插件产品为主，主要是用作讯号处理。价格十分低廉，很多低端电子产品，仍然使用色环电感较多。

8.环形电感

环形线圈电感是主要由圆环形磁芯、线圈组成的器件，是最理想的电感，闭磁路，EMI性能好，容易计算和设计，其缺点需要人工绕制。

9.骨架电感

常见的有EE、UU结构，其本质是共模电感，相比环形电感，它的自动化程度更高。

10.扁平线电感

环形电感的改良产品，可以自动化绕制，扁平线截面积大，可以保证大电流通过，在一定程度上可以替代环形电感。

11.变压器

变压器可以算作特殊的电感，常用于开关电源。另外，在电源拓扑中，常用到PFC电感、LR电感，部分资料也当成它当成变压器看待，其实质还是电感。

12.可调电感线圈

可调电感线圈是在空芯线圈中插入位置可变的磁芯或铜芯材料而构成。当旋动磁芯或铜芯时，改变了磁芯或铜芯在线圈中的相对位置，即改变了电感量。

可调磁芯线圈在无线电接收设备的中、高频调谐电路中被广泛采用，例如收音机和电视机的中频变压器（中周）。

13.共模电感和差模电感的区别

对于共模电感，它是绕在同一铁芯上，并且两个绕组的线圈直径和圈数一样，但是绕向方向相反，一组线圈有两个引脚，因此共模电感会有4个引脚；而差模电感则是绕在一个铁心上并且只有一个线圈，因此它只有2个引脚，

1、骚扰电磁场在线-线之间产生差模电流，在负载上引起干扰，这就是差模干扰；骚扰电磁场在线-地之间产生共模电流，共模电流在负载上产生差模电压，引起干扰，这就是共模的地环路干扰。

2、抑制共模干扰的滤波电感叫共模电感；抑制差模干扰的滤波电感叫差模电感。

3、共模电感是双线双向；差模电感是单向的。

4、共模电感是绕在同一铁芯上的圈数相等、导线直径相等、绕向相反的两组线圈；差模电感是绕在一个铁芯上的一个线圈。

5、共模是两个绕组分别接在零线和火线上，两个绕组同进同出，滤除的是共模信号；差模是一个绕组 单独接在零线和火线上的滤波电感器只能滤除差模干扰。

6、共模信号：分别在零线和火线上的两个完全相同的信号 他们都通偶合和地形成回路；差模信号：是和有用信号同样的回路

7、共模电感的特点是：由于同一铁芯上的两组线圈的绕向相反，所以铁芯不怕饱和。市场上用的最多的磁芯材料是高导铁氧体材料。