What is an Inductor？

Was ist eine Induktionsspule?

Ein Induktor ist ein Bauteil, das die elektrisch Energie in magnetische Energie um und speichert sie. Der Aufbau einer Drosselspule ähnelt dem eines Transformators, aber sie hat nur eine Wicklung. Der Induktor hat eine gewisse Induktivität, die nur die Stromänderung behindert. Befindet sich die Induktivität in einem Zustand, in dem kein Strom durch sie fließt, versucht sie, den Stromfluss durch sie zu verhindern, wenn der Stromkreis geöffnet ist; befindet sich die Induktivität in einem Zustand, in dem Strom durch sie fließt, versucht sie, den Strom unverändert zu halten, wenn der Stromkreis geöffnet ist. Induktivitäten werden auch als Drosseln, Reaktoren und dynamische Reaktoren bezeichnet.

Welche Arten von Induktoren gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Drosseln, vor allem die folgenden:
Kleine Induktoren: in der Regel an der Schaltung befestigt, direkt mit Lackdraht auf den Kern und die Stange gewickelt, geeignet für kleinere elektronische Bauteile in der Schaltung
Einstellbare Induktivitäten: Die Induktivität kann durch Änderung der Position des Kerns und der Stäbe oder durch Verschieben eines Schalters eingestellt werden.
Strom-Blockerg-Induktoren: In Schaltungen, die den Durchgang von Wechselstrom behindern, im Allgemeinen mit E-Kernen und Stäben, sind sie kann mit einem geeigneten Abstand installiert werden, um den Durchgang eines großen Gleichstroms zu verhindern, der durch magnetische Sättigung verursacht wird.
Feststehende Induktoren: Die Spulen sind im Gehäuse versiegelt, haben eine geringe Größe, ein geringes Gewicht, eine solide Struktur, eine stabile Induktivität und sind einfach zu verwenden und zu installieren.
Chip-Induktoren: einschließlich Chip-Induktivitäten mit geringer Leistung und Chip-Induktivitäten mit hoher Leistung, die ersteren erscheinen, und Chip-Keramikkondensatoren, die den letzteren ähnlich sind, werden häufig in Stromversorgungsschaltungen in den Filter- und Energiespeicherschaltungen verwendet.
Farbige Ringdrosseln: gekennzeichnet durch drei oder vier Farbringe zur Angabe der Induktivität, die Beschriftungsmethode ist ähnlich wie bei gewöhnlichen Farbringwiderständen.
Leistungsinduktoren: Dazu gehören Kerndrosselspulen und Drahtdrosselspulen, erstere durch Energiespeicherung und Filterung, letztere durch zu mehreren Spulen gewickelten Lackdraht mit grobem Durchmesser, der gewöhnlich in Filterkreisen verwendet wird.
Gleichtaktdrosseln: Wird verwendet, um elektromagnetische Störungen im Gleichtakt zu filtern und die durch elektromagnetische Wellen erzeugten Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen wirksam zu unterdrücken, um die Entstörungsfähigkeit des Systems zu verbessern.

Wie Induktivitäten aufgebaut sind

Induktivitäten bestehen im Allgemeinen aus einem Gerüst, Wicklungen, Abschirmung, Kapselungsmaterial, Magnetkern oder Eisenkern usw.
1: Skelett Das
Skelett bezieht sich auf den Träger der Spule. Einige der größeren festen Induktoren oder einstellbaren Induktoren (wie oszillierende Spulen, Drosselspulen, etc.), die meisten der Lackdraht (oder Garn gewickelt Draht) um das Skelett, und dann den Kern oder Kupferkern, Eisenkern, etc. in den inneren Hohlraum des Skeletts, um seine Induktivität zu verbessern. Das Skelett besteht in der Regel aus Kunststoff, Kunststoffholz oder Keramik und kann je nach den tatsächlichen Bedürfnissen in verschiedenen Formen hergestellt werden. Kleine Drosseln (z. B. farbcodierte Drosseln) verwenden im Allgemeinen keine Spulen, sondern wickeln Lackdraht direkt auf den Kern. Hohlspulen (auch bekannt als gestrippte Spulen oder Hohlspulen, die meist in Hochfrequenzschaltungen verwendet werden) verwenden keinen Kern, kein Skelett und keine Abschirmung usw., sondern werden zunächst in der Form gewickelt und dann aus der Form genommen, wobei ein gewisser Abstand zwischen den Spulen vorhanden ist.
2: Wickeln
Eine Wicklung ist ein Satz von Spulen mit einer bestimmten Funktion, der die Grundkomponente einer Induktionsspule ist. Es gibt einlagige und mehrlagige Wicklungen. Einschichtige Wicklung und hat eine dichte Wicklung (Wickeldraht Kreis für Kreis) und zwischen der Wicklung (Wicklung zwischen jedem Kreis von Draht sind durch einen bestimmten Abstand getrennt) in zwei Formen; mehrschichtige Wicklung hat eine geschichtete flache Wicklung, chaotische Wicklung, Wabenwicklungsmethode, und so weiter.
3: Magnetischer Kern und Magnetstab
Magnetic core and magnetic bar generally use nickel-zinc ferrite (NX series) or manganese-zinc ferrite (MX series) and other materials, it has “I” shape, column, cap, “E” shape, can shape and other shapes.
4: Kern
The core material is mainly silicon steel sheet, Po Mo alloy, etc., and its shape is mostly “E” type.
5: Schutzschild
Um zu vermeiden, einige Induktoren in der Arbeit des magnetischen Feldes durch andere Schaltungen und Komponenten, die den normalen Betrieb der Erhöhung der Metall-Bildschirm Abdeckung (wie Halbleiter-Radio-Oszillator-Spule, etc.). Induktoren mit Abschirmung wird der Verlust der Spule zu erhöhen und den Q-Wert zu reduzieren.
6: Verpackungsmaterial
Einige Drosselspulen (z. B. Farbcode-Drosselspulen, Farbring-Drosselspulen usw.) werden mit Vergussmaterial umwickelt, um die Spulen und Kerne abzudichten. Das Einkapselungsmaterial ist Kunststoff oder Epoxidharz.

Symbole für die Induktivität

The symbol of inductance is unified in electrical engineering and physics with a capital letter L. Its international unit is Henry (H), and commonly derived units include millihenry (mH), microhenry (μH), and nanohenry (nH), and the conversion relationship is:
1H = 10³mH = 10⁶μH = 10⁹nH.
Formel für die Induktivität
Impedance formula: Z= R+j ( XL-XC). Impedance Z= R+j ( XL -XC). Where R is resistance, XL is inductive reactance and XC is capacitive reactance. If ( XL – XC) \u003e 0, it is called an “inductive load”; conversely, if ( XL – XC) \u003c 0, it is called a “capacitive load”. The inductive reactance of an inductor and the capacitive reactance of a capacitor are three types of complexes that are collectively called “impedances” and are written as mathematical equations.
In einem Wechselstromkreis (Sekundarstufe II) wird der Einfluss der Temperatur nicht berücksichtigt.
Resistance:R=ρL/S does not vary with the frequency of the alternating current.
Inductance: Inductive reactance XL=2πfL increases as the frequency of the alternating current increases.
Capacitor: Capacitive reactance XC=1/2πfL decreases as the frequency of the alternating current increases.
In einer Parallelschaltung von Widerstand, Induktivität und Kapazität
1/R insgesamt = 1/R + 1/XL + 1/XC.
Elektrische Erläuterung
Impedance is a physical quantity that indicates the performance of a component or the electrical properties of a section of a circuit. The ratio of the peak voltage (or rms) Um at the ends of a passive circuit to the peak current (or rms) Im through the circuit is called impedance, and is expressed as z in ohms (Ω). In the case of a certain U, the larger z is the smaller I. Impedance has a limiting effect on the current.
Bei einem elektrischen Strom wird die Wirkung eines Objekts, das den Strom behindert, als Widerstand bezeichnet. Mit Ausnahme von Supraleitern haben alle Stoffe auf der Welt einen Widerstand, der sich nur in der Höhe des Widerstandswerts unterscheidet. Stoffe mit sehr geringem Widerstand werden als gute Leiter bezeichnet, wie z. B. Metalle; Stoffe mit sehr hohem Widerstand werden als Isolatoren bezeichnet, wie z. B. Holz und Kunststoff. Es gibt auch einen Zwischenleiter, der als Halbleiter bezeichnet wird, und ein Supraleiter ist eine Substanz mit einem Widerstandswert gleich Null, obwohl er eine ausreichend niedrige Temperatur und ein ausreichend schwaches Magnetfeld benötigt, damit sein Widerstand gleich Null ist.
In direct current and alternating current, resistance to the two currents are hindered; as a common component, in addition to resistance and capacitance and inductance, both of which on a role of alternating current and direct current are not as resistive as the role of hindrance. Capacitance is “isolated through the cross”, that is, the DC has the role of isolation, that is, DC can not be passed, while the AC can be passed, and with the increase in capacitance value or AC power increases, capacitance on the AC power of the obstruction of the role of the smaller, this obstruction can be interpreted as “resistance”, but not the same as “resistance”, but not the same as “resistance”. ”, but not the same as resistance, this is a kind of reactance, reactance and resistance units, collectively referred to as “impedance”. Of course, accurately, “impedance” should have three parts, in addition to these two, is the “inductive resistance”. Inductive reactance is the inductance of the current obstruction, and capacitance is different, the inductance of the direct current without obstruction (rigorously speaking, in the brief few milliseconds before the saturation of the power supply, but also obstruction) on the exchange of obstruction, inductive reactance and capacitive reactance, and resistance units are the same as the unit is ohm.
Impedanzmechanik erklärt
Die Begriffe Impedanz, Widerstand und Impedanz finden sich nicht nur in elektrischen Schaltkreisen, sondern auch in schwingenden Systemen, wo die Impedanz, auch mit Z bezeichnet, eine komplexe Zahl und eine Phase (Phasor) ist, die Magnitude und Phase/Polarität enthält. besteht aus Widerstand und Reaktanz. Der Widerstand ist der Verbrauch von Energie, während der Blindwiderstand die Erhaltung von Energie bedeutet. In einem Schwingungssystem ist der durch die Masse erzeugte Widerstand der Massenwiderstand, während der durch die Steifigkeit erzeugte Widerstand der Steifigkeitswiderstand ist.

Die Rolle der Induktivitäten

Induktoren (Spulen) sind wichtige passive Bauteile in Leiterplatten.Ihre Kernfunktion beruht auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, die eine Vielzahl von Anwendungen ermöglicht, indem sie Energie in einem Magnetfeld speichert und Stromänderungen verhindert.

1. Energiespeicherung und Filterung
   Umwandlung von elektrischer Energie in magnetische Energiespeicherung: Induktoren können elektrische Energie in magnetische Energiespeicher umwandeln und die Energie bei Stromänderungen wieder abgeben. Diese Eigenschaft wird zur Stabilisierung der Ausgangsspannung in Schaltnetzteilen genutzt.
   Glättung von Stromschwankungen:Kombiniert mit Kondensatoren, um einen LC-Filter zu bilden, kann er hochfrequentes Rauschen in der Stromversorgung unterdrücken, z. B. AC-Welligkeit in einer Gleichstromversorgung herausfiltern.
2. Behinderung der Wechselstromversorgung (Blockierung des Geradeausverkehrs)
   Kurzschluss zu DC: Der Gleichstrom fließt fast ungehindert durch die Induktivität, was einen Pfadzustand anzeigt.
   Induktive Impedanz gegenüber Wechselstrom: Die Induktivität erzeugt eine induktive Impedanz, wenn Wechselstrom hindurchfließt; je höher die Frequenz, desto stärker ist der Impedanzeffekt.Diese Eigenschaft wird bei der Konstruktion von RL-Tiefpassfiltern und RL-Hochpassfiltern verwendet.
3. Spannungs-/Stromwandlung und Impedanzanpassung
   Transformator-Anwendung: Ändern Sie die Spannung und Strom durch die Spule dreht sich Verhältnis, zum Beispiel, Eingang 220V kann Ausgang 110V, aber der Strom ändert sich umgekehrt (Power Conservation).
   RF-Schaltungsanpassung: In der drahtlosen Kommunikation werden Induktoren zur Anpassung der Schaltungsimpedanz und zur Optimierung der Signalübertragungseffizienz eingesetzt.
4. Resonanz und Frequenzwahl
   LC-Schwingkreis: Kombiniert mit Kondensatoren, um einen Resonanzkreis zu bilden, der für die Radioabstimmung, Frequenzwahl usw. verwendet wird, wie z. B. Frequenzwahlfilter für Radios.
5. Andere Schlüsselrollen
   Drossel: Verhindert hochfrequente Störungen (EMI), um empfindliche Komponenten zu schützen.
   Stromabtastung: Verwenden Sie das durch die Stromänderung erzeugte Magnetfeld, um die Stromstärke des Stromkreises zu überwachen.

Haben Induktoren eine Polarisation?

Induktoren sind nicht polarisiert.Eine Induktivität ist ein passives elektronisches Bauteil, das hauptsächlich aus einer Spule und einem Magnetkern besteht. Ihr Funktionsprinzip beruht auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion und nicht auf dem Phänomen der dielektrischen Polarisation. Daher haben Induktoren keine Polarisationseigenschaften.
Funktionsprinzip und Merkmale von Induktivitäten
Das Funktionsprinzip einer Induktionsspule beruht auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule einer Induktionsspule fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das Energie speichert. Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch das Magnetfeld, was zu einem elektrischen Potenzial (EMF) führt, dem grundlegenden Funktionsprinzip eines Induktors. Aufgrund der inneren Struktur und der Materialeigenschaften eines Induktors ist er nicht polarisiert.

Haben Induktoren einen Widerstand?

Induktoren selbst haben einen Drahtwiderstand, aber ein idealer Induktor hat keinen Widerstand.
Induktivitäten enthalten in praktischen Anwendungen sowohl induktive Eigenschaften (induktiver Blindwiderstand) als auch Drahtwiderstandskomponenten. Die Details werden wie folgt analysiert.

1. Unterschied zwischen einem idealen Induktor und einem realen Induktor
   Ideale Induktivität: Theoretisch wird nur magnetische Energie gespeichert, es gibt keine Energieverluste, und der Gleichstromwiderstand ist gleich Null, was sich nur als induktiver Blindwiderstand äußert.
   Echte Induktivität:Aufgrund des Widerstands des zum Wickeln der Spule verwendeten Drahts (z. B. Kupferdraht) weist eine echte Induktivität einen Gleichstromwiderstand (DCR) auf, d. h. den ohmschen Widerstand des Drahts selbst, was zu Energieverlusten in Form von Wärme führt.
2. Auswirkung des Widerstands auf die Induktorleistung
   DC-Schaltung: Induktivitäten weisen einen Leitungswiderstand (DCR) auf, der in der Regel gering ist, aber die Effizienz der Schaltung beeinträchtigt (z. B. Leistungsverluste bei der Filterung von Stromversorgungen).
   Wechselstromkreise:Die Gesamtimpedanz Z einer Induktivität wird durch die Kombination der induktiven Impedanz XL und des Widerstands R bestimmt. Die induktive Impedanz dominiert bei hohen Frequenzen und der Widerstand R bei niedrigen Frequenzen. Bei hohen Frequenzen dominiert die induktive Impedanz, bei niedrigen Frequenzen ist die Wirkung des Widerstands größer.
3. Designüberlegungen für praktische Anwendungen
   Hochfrequenzschaltungen: Induktivitäten mit niedrigem DCR werden in der Regel gewählt, um Verluste zu minimieren, z. B. durch die Verwendung dickerer Drähte oder Materialien mit geringem Widerstand (z. B. Versilberung).
   Leistungsinduktoren: Es muss ein Gleichgewicht zwischen Induktivität und DCR hergestellt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden (z. B. werden Ferritkerninduktoren häufig in Hochfrequenzszenarien mit geringen Verlusten verwendet).

Was zu beachten ist, ist das Layout von PCB-Induktoren

PCB Bei der Auslegung von Induktionsspulen ist auf die Planung der Position, die Verarbeitung der Kupferfolie, die Vermeidung der folgenden Schichten, den Abstand der Stifte und die Wärmeableitung zu achten.
Standortplanung
Induktivitäten sollten so nah wie möglich an den betreffenden Chips (z. B. ICs für DC-DC-Schaltkreise) platziert werden, um den Strompfad zu verkürzen und Störungen und Verluste zu reduzieren.
In HF- oder Hochfrequenzschaltungen sollten kritische Induktivitäten bevorzugt angeordnet und von anderen empfindlichen Modulen (z. B. Analogschaltungen) entfernt werden, um ein Übersprechen der Signale zu vermeiden.
Kupferfolie Flächenkontrolle
Die Fläche der Kupferfolie für den Anschluss der Induktivität sollte moderat sein. Eine zu große Fläche kann zu einem Antenneneffekt führen und das EMI-Risiko erhöhen; eine zu kleine Fläche kann zu Wärmeentwicklung oder Schäden durch zu hohen Strom führen. Es wird empfohlen, sich auf die Stromtoleranzcharakteristik zu beziehen (z.B. 1 Unze Platine für jede 1A Strom entspricht 1mm Leitungsbreite).
Vermeidung der unteren Schicht
Es ist verboten, die Erdungsschicht (GND) oder die Signalleitung direkt unter der Induktivität anzuordnen, da sonst die magnetischen Kraftlinien, die durch die Leiterschicht verlaufen, Wirbelströme verursachen, was zu einer verringerten Induktivität oder Signalstörungen führt. Wenn eine Verdrahtung erforderlich ist, verwenden Sie eine Induktivität mit geschlossenem Kreislauf und überprüfen Sie dies durch Messungen in der Praxis.
Pin-Abstand und Verdrahtung
Inductor pin spacing should not be too close to avoid high-frequency noise coupled to the output through parasitic capacitance. The wiring can be arranged in a “zigzag” arrangement, with ground on both sides to enhance isolation.
Wärmeableitung und Prozesskompatibilität
Hochleistungsinduktoren müssen Platz für die Wärmeableitung reservieren, um die Nähe zu den thermischen Komponenten zu vermeiden, gegebenenfalls die Rückseite des Fensters oder die Anzahl der Kühlkörper erhöhen.
Berücksichtigen Sie die Anforderungen an den Produktionsprozess, wie z. B. steckbare Induktivitäten, die genügend Platz zum Löten benötigen, und SMD-Induktivitäten’ zentralisiertes Layout zur Verbesserung der Effizienz.
Referenz des wichtigsten Entwurfswerkzeugs:
Das RF-Impedanzberechnungstool SI9000 kann bei der Auslegung der Leitungsbreite und des Abstands helfen, um die Anforderungen zu erfüllen.
Für hochfrequente, rauschempfindliche Szenarien können Softwaresimulationswerkzeuge (z. B. HFSS) verwendet werden, um das Layout einer vernünftigen

Anwendungsszenarien von Induktivitäten

Induktivitäten finden in vielen Bereichen und Szenarien Anwendung, vor allem in den folgenden:
Stromversorgungsschaltungen: In Schaltnetzteilen fungieren Induktivitäten als wichtige Energiespeicherkomponenten, die die Ausgangsspannung durch Speicherung und Freigabe von Energie stabilisieren. In Abwärts-Schaltnetzteilen beispielsweise speichern Induktivitäten Energie, wenn die Schaltröhre leitet, und geben Energie frei, wenn sie abgeschaltet wird, wodurch die Ausgangsspannung stabilisiert und die Ausgangswelligkeit des Netzteils verringert wird. Darüber hinaus werden Induktivitäten zum Hoch- oder Heruntertransformieren in Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern verwendet und dienen in der Regel zur Erhöhung der Ausgangsspannung von Photovoltaikanlagen und anderen Anwendungen.
Kommunikation: In HF-Schaltungen werden Induktivitäten zur Energiespeicherung und Filterung verwendet und bilden oft Resonanzkreise mit Kondensatoren, um die Effizienz der Leistungsübertragung zu verbessern. So werden beispielsweise in HF-Leistungsverstärkern Induktivitäten in Verbindung mit Kondensatoren verwendet, damit der Verstärker bei einer bestimmten Frequenz effizient arbeitet. Dies ist für die Signalübertragung und den Empfang in drahtlosen Kommunikationsgeräten wie Mobilfunk-Basisstationen und Mobiltelefonen von entscheidender Bedeutung und trägt zur Verbesserung der Kommunikationsqualität und -abdeckung bei.
Kfz-Elektronik: In elektronischen Kraftstoffeinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge und Motorantriebssystemen für Hybrid-/Elektrofahrzeuge speichern Drosselspulen elektrische Energie und geben sie beim Anfahren oder Beschleunigen mit hohem Drehmoment schnell wieder ab, um die Motorleistung zu erhöhen. Darüber hinaus werden Drosselspulen zur Unterdrückung transienter Spannungen und Ströme auf Stromleitungen verwendet, um elektronische Geräte vor Spannungsspitzen zu schützen.
Industrieller Bereich: Beim Sanftanlauf und bei der Drehzahlregelung von Industriemotoren begrenzen Drosselspulen den Anlaufstrom, indem sie Energie speichern und langsam wieder abgeben, um eine übermäßige Belastung des Stromnetzes beim Anlaufen des Motors zu vermeiden. In Drehzahlregelungssystemen mit Frequenzumwandlung arbeiten Drosseln mit anderen Komponenten zusammen, um eine gleichmäßige Regelung der Motordrehzahl zu erreichen.
Erneuerbare Energien: In Windkraft- und Photovoltaikanlagen werden Induktoren zur Energiespeicherung und -abgabe eingesetzt, um die Systemstabilität und den Wirkungsgrad zu verbessern.
Andere Anwendungen: Induktivitäten werden auch in Modems verwendet, um Signale effektiv zu filtern und zu isolieren und eine klare Signalübertragung zu gewährleisten. Darüber hinaus werden Induktivitäten häufig in Resonanzkreisen, Drosseln und zur Strommessung eingesetzt.