What is an Inductor？

Qué es un inductor

Un inductor es un componente que convierte eléctrico energía en energía magnética y la almacena. La estructura de un inductor es similar a la de un transformador, pero sólo tiene un devanado. El inductor tiene una inductancia determinada, que sólo dificulta el cambio de corriente. Si el inductor está en un estado en el que no pasa corriente a través de él, intentará impedir el flujo de corriente a través de él cuando el circuito esté abierto; si el inductor está en un estado en el que pasa corriente a través de él, intentará mantener la corriente sin cambios cuando el circuito esté abierto. Los inductores también se conocen como estranguladores, reactores y reactores dinámicos.

¿Cuáles son los tipos de inductores?

Existen varios tipos de inductores, entre los que destacan los siguientes:
Inductores pequeños: normalmente fijado en el circuito, directamente enrollado con alambre esmaltado en el núcleo y la barra, adecuado para componentes electrónicos más pequeños en el circuito
Inductancias ajustables: La inductancia puede ajustarse cambiando la posición del núcleo y las barras o deslizando un interruptor.
Bloqueo de corrienteg inductores: En los circuitos que impiden el paso de la corriente alterna, generalmente utilizando núcleos y varillas de tipo E, éstos puede instalarse con una separación adecuada para evitar el paso de una gran corriente continua causada por la saturación magnética.
Inductores fijos: Las bobinas están selladas en la carcasa, con un tamaño pequeño, peso ligero, estructura sólida, inductancia estable y fácil de usar e instalar.
Inductores de chip: incluyendo inductores de chip de pequeña potencia e inductores de chip de alta potencia, aparecen los primeros, y condensadores cerámicos de chip similares a los segundos se utilizan habitualmente en circuitos de alimentación en los circuitos de filtrado y almacenamiento de energía.
Inductores de anillo de color: marcado con tres o cuatro anillos de color para indicar la inductancia, el método de etiquetado es similar al de las resistencias de anillo de color ordinarias.
Inductores de potencia: Entre ellos se encuentran los inductores de núcleo y los inductores bobinados, los primeros mediante almacenamiento de energía y filtrado, y los segundos mediante alambre esmaltado de diámetro grueso bobinado en múltiples bobinas, que suelen utilizarse en circuitos de filtrado.
Inductores de modo común: Se utiliza para filtrar las interferencias electromagnéticas de modo común, inhibiendo eficazmente las líneas de señal de alta velocidad generadas por las ondas electromagnéticas irradiadas hacia el exterior para mejorar la capacidad anti-jamming del sistema.

Cómo se construyen los inductores

Los inductores se componen generalmente de un esqueleto, bobinados, blindaje, material de encapsulado, núcleo magnético o núcleo de hierro, etc.
1: esqueleto El
El esqueleto se refiere al soporte de la bobina. Algunos de los inductores fijos más grandes o inductores ajustables (como las bobinas oscilantes, bobinas de choque, etc.), la mayor parte del alambre esmaltado (o alambre envuelto en hilo) alrededor del esqueleto, y luego el núcleo o núcleo de cobre, núcleo de hierro, etc. en la cavidad interior del esqueleto, para mejorar su inductancia. El esqueleto suele ser de plástico, madera plástica o cerámica, y puede adoptar diferentes formas según las necesidades reales. Los inductores pequeños (por ejemplo, los inductores codificados por colores) no suelen utilizar bobinas, sino que enrollan el alambre esmaltado directamente en el núcleo. Los inductores huecos (también conocidos como bobinas peladas o bobinas huecas, utilizadas sobre todo en circuitos de alta frecuencia) no utilizan el núcleo, el esqueleto y el blindaje, etc., sino que primero se enrollan en el molde y luego se desmoldan, y habrá una cierta distancia entre las bobinas.
2: Bobinado
El bobinado es un conjunto de bobinas con una función determinada, que es el componente básico de un inductor. Existen bobinados de una capa y de varias capas. Bobinado de una sola capa y tiene un bobinado denso (bobinado círculo de alambre por círculo) y entre el bobinado (bobinado entre cada círculo de alambre están separados por una cierta distancia) en dos formas; bobinado de múltiples capas tiene un bobinado plano en capas, bobinado caótica, método de bobinado de nido de abeja, y así sucesivamente.
3: Núcleo magnético y barra magnética
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: Núcleo
The core material is mainly silicon steel sheet, Po Mo alloy, etc., and its shape is mostly “E” type.
5: Escudo
Para evitar algunos inductores en el trabajo del campo magnético generado por otros circuitos y componentes que afectan el funcionamiento normal del aumento de la cubierta de la pantalla de metal (como la bobina del oscilador de radio semiconductor, etc.). Inductores con blindaje aumentará la pérdida de la bobina y reducir el valor Q.
6: materiales de envasado
Algunos inductores (como los inductores de código de colores, los inductores de anillo de colores, etc.) se bobinan con materiales de encapsulación para sellar las bobinas y los núcleos. El material de encapsulación es plástico o resina epoxi.

Símbolos de inductancia

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.
Fórmula de inductancia
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.
En un circuito alterno (nivel de secundaria), no se tiene en cuenta el efecto de la temperatura.
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.
En un circuito paralelo de resistencia, inductancia y capacitancia
1/R total = 1/R + 1/XL + 1/XC.
Explicación eléctrica
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.
En una corriente eléctrica, el efecto de un objeto al obstruir la corriente se denomina resistencia. Excepto los superconductores, todas las sustancias del mundo tienen resistencia; sólo difiere la magnitud del valor de la resistencia. Las sustancias con una resistencia muy baja se denominan buenos conductores, como los metales; las sustancias con una resistencia muy alta se denominan aislantes, como la madera y el plástico. También existe un conductor intermedio llamado semiconductor, y un superconductor es una sustancia con un valor de resistencia igual a cero, aunque requiere una temperatura lo suficientemente baja y un campo magnético lo suficientemente débil para que su resistividad sea cero.
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.
Explicación de la mecánica de la impedancia
Los conceptos de impedancia, resistencia e impedancia no sólo se encuentran en los circuitos eléctricos, sino también en los sistemas vibratorios, donde la impedancia, también denotada por Z, es un número complejo, y una fase (Phasor), que contiene Magnitud y Fase/Polaridad. consta de Resistencia y Reactancia. La resistencia es el consumo de energía, mientras que la reactancia es la conservación de la energía. En un sistema de vibración, la resistencia generada por la masa es la resistencia de masa, mientras que la resistencia generada por la rigidez es la resistencia de rigidez.

El papel de los inductores

Los inductores son importantes componentes pasivos de las placas de circuito impreso.Su función principal se basa en el principio de inducción electromagnética, que permite una gran variedad de aplicaciones al almacenar energía en un campo magnético e impedir los cambios de corriente.

1. Almacenamiento y filtrado de energía
   Conversión de energía eléctrica en almacenamiento de energía magnética: Los inductores pueden convertir la energía eléctrica en almacenamiento de energía magnética y liberar la energía cuando cambia la corriente. Esta característica se utiliza para estabilizar la tensión de salida en fuentes de alimentación conmutadas.
   Suaviza las fluctuaciones de corriente:Combinado con condensadores para formar un filtro LC, puede suprimir el ruido de alta frecuencia en la fuente de alimentación, por ejemplo, filtrando la ondulación de CA en una fuente de alimentación de CC.
2. Obstrucción de la alimentación de CA (bloqueo del tráfico recto)
   Cortocircuito a CC: La CC pasa a través del inductor casi sin obstrucción, mostrando una condición de trayectoria.
   Impedancia inductiva a la CA: El inductor produce impedancia inductiva cuando la CA pasa a través de él; cuanto mayor es la frecuencia, más fuerte es el efecto de impedancia.Esta característica se utiliza en el diseño de filtros de paso bajo RL y filtros de paso alto RL.
3. Conversión tensión/corriente y adaptación de impedancias
   Aplicación del transformador: cambiar la tensión y la corriente a través de la relación de vueltas de la bobina, por ejemplo, la entrada de 220V puede dar salida a 110V, pero la corriente cambia inversamente (conservación de la energía).
   Adaptación de circuitos de RF: en las comunicaciones inalámbricas, los inductores se utilizan para ajustar la impedancia de los circuitos y optimizar la eficacia de transmisión de la señal.
4. Selección de resonancia y frecuencia
   Circuito resonante LC: Combinado con condensadores para formar un circuito resonante, utilizado para sintonización de radio, selección de frecuencia, etc., como los filtros de selección de frecuencia para radios.
5. Otras funciones clave
   Inductancia: impide el paso de interferencias de alta frecuencia (EMI) para proteger los componentes sensibles.
   Detección de corriente: Utiliza el campo magnético generado por el cambio de corriente para controlar la intensidad de corriente del circuito.

¿Los inductores tienen polarización?

Los inductores no están polarizados.Un inductor es un componente electrónico pasivo, formado principalmente por una bobina y un núcleo magnético, y su principio de funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética y no en el fenómeno de la polarización dieléctrica. Por lo tanto, los inductores no tienen características de polarización
Principio de funcionamiento y características de los inductores
El principio de funcionamiento de un inductor se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Cuando una corriente eléctrica atraviesa la bobina de un inductor, se genera un campo magnético que almacena energía. Cuando la corriente cambia, el campo magnético también cambia, dando lugar a un potencial eléctrico (EMF), que es el principio básico de funcionamiento de un inductor. Debido a la estructura interna y a las propiedades del material de un inductor, éste no está polarizado.

¿Los inductores tienen resistencia?

Los propios inductores tienen resistencia en los hilos, pero un inductor ideal tiene resistencia cero.
Los inductores contienen tanto propiedades inductivas (reactancia inductiva) como componentes de resistencia de hilo en aplicaciones prácticas. Los detalles se analizan como sigue.

1. Diferencia entre un inductor ideal y un inductor real
   Inductor ideal: Teóricamente, sólo se almacena energía magnética, no hay pérdida de energía y su resistencia en corriente continua es nula, que sólo se manifiesta como reactancia inductiva.
   Inductor real:Debido a la resistencia del alambre utilizado para enrollar la bobina (por ejemplo, alambre de cobre), un inductor real presentará una resistencia de CC (DCR), que es la resistencia óhmica del propio alambre, y dará lugar a una pérdida de energía en forma de calor.
2. Impacto de la resistencia en el rendimiento del inductor
   Circuito de CC: Los inductores presentan una resistencia de cable (DCR), que suele ser pequeña pero afecta a la eficiencia del circuito (por ejemplo, pérdida de potencia en el filtrado de fuentes de alimentación).
   Circuitos de corriente alterna:La impedancia total Z de un inductor viene determinada por la combinación de la impedancia inductiva XL y la resistencia R. La impedancia inductiva domina a altas frecuencias y la resistencia R a bajas frecuencias. La impedancia inductiva domina a altas frecuencias y el efecto de la resistencia es más significativo a bajas frecuencias.
3. Consideraciones de diseño para aplicaciones prácticas
   Circuitos de alta frecuencia: Los inductores con baja DCR suelen elegirse para minimizar las pérdidas, por ejemplo, utilizando cables más gruesos o materiales de baja resistividad (por ejemplo, chapado en plata).
   Inductores de potencia: necesidad de equilibrar inductancia y DCR para evitar el sobrecalentamiento (por ejemplo, los inductores con núcleo de ferrita se utilizan habitualmente en escenarios de alta frecuencia y bajas pérdidas).

Lo que hay que tener en cuenta es la disposición de los inductores en la placa de circuito impreso.

PCB El diseño del inductor debe prestar atención a la planificación de la ubicación, el procesamiento de la lámina de cobre, la evitación de la capa siguiente, el espaciado de las patillas y el diseño de la disipación del calor.
Planificación de la ubicación
Los inductores deben colocarse lo más cerca posible de los chips pertinentes (por ejemplo, circuitos integrados para circuitos de conmutación CC-CC) para acortar la trayectoria de la corriente y reducir las interferencias y las pérdidas.
En circuitos de RF o de alta frecuencia, dé prioridad a la disposición de los inductores críticos y aléjelos de otros módulos sensibles (por ejemplo, circuitos analógicos) para evitar la diafonía de señales.
Control de área de láminas de cobre
El área de la lámina de cobre para la conexión del inductor debe ser moderada, demasiado grande puede introducir el efecto de antena y aumentar el riesgo de EMI; demasiado pequeña puede causar la generación de calor o daños debido a la corriente excesiva. Se recomienda consultar el diseño de las características de tolerancia de corriente (por ejemplo, 1 onza de placa por cada 1A de corriente corresponde a 1 mm de anchura de línea).
Evitar la capa inferior
Está prohibido disponer la capa de tierra (GND) o la línea de señal directamente debajo del inductor, ya que, de lo contrario, las líneas de fuerza magnéticas que atraviesan la capa conductora provocarán corrientes parásitas, con la consiguiente disminución de la inductancia o interferencia de la señal. Si es necesario el cableado, utilice un inductor de circuito cerrado y verifíquelo con mediciones reales.
Espaciado de las clavijas y cableado
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.
Disipación del calor y compatibilidad con los procesos
Los inductores de alta potencia necesitan reservar espacio para la disipación de calor, para evitar estar cerca de los componentes térmicos, si es necesario, la parte posterior de la ventana o aumentar el número de disipadores de calor.
Tenga en cuenta los requisitos del proceso de producción, como los inductores enchufables, la necesidad de reservar espacio suficiente para la soldadura y los inductores SMD’ disposición centralizada para mejorar la eficiencia.
Herramienta clave de diseño de referencia:
La herramienta de cálculo de impedancia de RF SI9000 puede ayudar a diseñar la anchura y el espaciado de las líneas para cumplir los requisitos.
Para escenarios sensibles al ruido de alta frecuencia, se pueden utilizar herramientas de simulación de software (p. ej., HFSS) para verificar el diseño de un sistema razonable.

Escenarios de aplicación de los inductores

Los inductores tienen una amplia gama de aplicaciones en muchos campos y escenarios, entre los que destacan principalmente los siguientes:
Circuitos de alimentación: En las fuentes de alimentación conmutadas, los inductores actúan como componentes clave de almacenamiento de energía, estabilizando la tensión de salida mediante el almacenamiento y la liberación de energía. Por ejemplo, en las fuentes de alimentación conmutadas reductoras, los inductores almacenan energía cuando el tubo de conmutación conduce y la liberan cuando se corta, estabilizando así la tensión de salida y reduciendo el rizado de salida de la fuente de alimentación. Además, los inductores se utilizan para aumentar o reducir la tensión de los convertidores CC-CC, y se suelen emplear para aumentar la tensión de salida de los paneles fotovoltaicos y otras aplicaciones.
Comunicación: En los circuitos de RF, los inductores se utilizan para almacenar y filtrar energía, y a menudo forman circuitos resonantes con condensadores para mejorar la eficiencia de la transferencia de potencia. Por ejemplo, en los amplificadores de potencia de RF, los inductores se utilizan junto con los condensadores para que el amplificador funcione eficazmente a una frecuencia específica. Esto es fundamental para la transmisión y recepción de señales en dispositivos de comunicación inalámbrica como estaciones base de telefonía móvil y teléfonos celulares, ya que ayuda a mejorar la calidad y la cobertura de las comunicaciones.
Electrónica del automóvil: En los sistemas electrónicos de inyección de combustible para automóviles y los sistemas de accionamiento de motores para vehículos híbridos/eléctricos, los inductores almacenan energía eléctrica y la liberan rápidamente durante el arranque o la aceleración de alto par para mejorar el rendimiento de la potencia del motor. Además, los inductores se utilizan para suprimir las tensiones y corrientes transitorias en las líneas eléctricas, protegiendo los equipos electrónicos de los picos de tensión.
Ámbito industrial: En el arranque suave y el control de velocidad de motores industriales, los inductores limitan la corriente de arranque almacenando y liberando lentamente energía, evitando un impacto excesivo en la red eléctrica cuando arranca el motor. En los sistemas de control de velocidad por conversión de frecuencia, los inductores trabajan con otros componentes para lograr una regulación suave de la velocidad del motor.
Energías renovables: En los sistemas de generación de energía eólica y fotovoltaica, los inductores se utilizan para almacenar y liberar energía con el fin de mejorar la estabilidad y la eficiencia del sistema.
Otras aplicaciones: Los inductores también se utilizan en los módems para filtrar y aislar eficazmente las señales y garantizar una transmisión clara de las mismas. Además, los inductores se utilizan mucho en circuitos resonantes, choques y detección de corriente.