What is an Inductor？

Qu'est-ce qu'un inducteur ?

Un inducteur est un composant qui convertit électrique L'inducteur transforme l'énergie électrique en énergie magnétique et la stocke. La structure d'un inducteur est similaire à celle d'un transformateur, mais il ne comporte qu'un seul enroulement. L'inducteur a une certaine inductance, qui ne fait qu'entraver la variation du courant. Si l'inducteur est dans un état où aucun courant ne le traverse, il tentera d'empêcher le flux de courant de le traverser lorsque le circuit est ouvert ; si l'inducteur est dans un état où le courant le traverse, il tentera de maintenir le courant inchangé lorsque le circuit est ouvert. Les inducteurs sont également appelés selfs, réacteurs et réacteurs dynamiques.

Quels sont les types d'inducteurs ?

Il existe différents types d'inducteurs, dont les principaux sont les suivants :
Petits inducteurs : généralement fixé sur le circuit, directement enroulé avec du fil émaillé sur l'âme et la barre, convient pour les composants électroniques plus petits dans le circuit
Inducteurs réglables : L'inductance peut être réglée en changeant la position du noyau et des barres ou en faisant glisser un interrupteur.
Blocage du courantg : Dans les circuits qui empêchent le passage du courant alternatif, utilisant généralement des noyaux et des tiges de type E, ils peuvent être installés avec un espace approprié pour empêcher le passage d'un courant continu important causé par la saturation magnétique.
Inducteurs fixes : Les bobines sont scellées dans la coque, avec une petite taille, un poids léger, une structure solide, une inductance stable, et une facilité d'utilisation et d'installation.
Inducteurs à puce : y compris les inducteurs à puce de petite puissance et les inducteurs à puce de haute puissance, les premiers apparaissent, et les condensateurs à puce en céramique similaires aux seconds sont couramment utilisés dans les circuits d'alimentation électrique dans les circuits de filtrage et de stockage de l'énergie.
Inducteurs à anneau de couleur : marquées par trois ou quatre anneaux de couleur pour indiquer l'inductance, la méthode d'étiquetage est similaire à celle des résistances ordinaires à anneau de couleur.
Inducteurs de puissance : Il s'agit notamment d'inducteurs à noyau et d'inducteurs à fil, les premiers permettant le stockage et le filtrage de l'énergie, et les seconds, de fils émaillés de gros diamètre enroulés en bobines multiples, généralement utilisés dans les circuits de filtrage.
Inducteurs en mode commun : Utilisé pour filtrer les interférences électromagnétiques en mode commun, il inhibe efficacement les lignes de signaux à grande vitesse générées par les ondes électromagnétiques rayonnées vers l'extérieur afin d'améliorer la capacité anti-brouillage du système.

Comment sont construits les inducteurs

Les inducteurs sont généralement composés d'un squelette, d'enroulements, d'un blindage, d'un matériau d'encapsulation, d'un noyau magnétique ou d'un noyau de fer, etc.
1 : squelette Le
Le squelette désigne le support de la bobine d'enroulement. Pour certains inducteurs fixes ou réglables de grande taille (tels que les bobines oscillantes, les bobines d'inductance, etc.), la plupart des fils émaillés (ou fils enroulés) entourent le squelette, puis le noyau ou le noyau de cuivre, le noyau de fer, etc. est introduit dans la cavité intérieure du squelette, afin d'améliorer son inductance. Le squelette est généralement en plastique, en bois plastique ou en céramique, et peut prendre différentes formes en fonction des besoins réels. Les petits inducteurs (par exemple, les inducteurs à code couleur) n'utilisent généralement pas de bobines, mais enroulent le fil émaillé directement sur le noyau. Les inductances creuses (également appelées bobines dénudées ou bobines creuses, principalement utilisées dans les circuits à haute fréquence) n'utilisent pas de noyau, de squelette, de blindage, etc., mais sont d'abord enroulées dans le moule, puis retirées du moule, et il y aura une certaine distance entre les bobines.
2 : Enroulement
Le bobinage est un ensemble de bobines ayant une fonction spécifique, qui est le composant de base d'un inducteur. Il existe des enroulements à une couche et des enroulements à plusieurs couches. L'enroulement monocouche se présente sous deux formes : l'enroulement dense (enroulement du fil cercle par cercle) et l'enroulement entre les deux (l'enroulement entre chaque cercle de fil est séparé par une certaine distance) ; l'enroulement multicouche se présente sous la forme d'un enroulement plat en couches, d'un enroulement chaotique, d'une méthode d'enroulement en nid d'abeille, etc.
3 : Noyau magnétique et barre magnétique
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 : Cœur de métier
The core material is mainly silicon steel sheet, Po Mo alloy, etc., and its shape is mostly “E” type.
5 : Bouclier
Pour éviter que certains inducteurs dans le travail du champ magnétique généré par d'autres circuits et composants affectant le fonctionnement normal de l'augmentation de la couverture de l'écran métallique (tels que la bobine de l'oscillateur radio semi-conducteur, etc.) Les inducteurs avec blindage augmenteront la perte de la bobine et réduiront la valeur Q.
6 : matériaux d'emballage
Certains inducteurs (tels que les inducteurs à code de couleur, les inducteurs à anneau de couleur, etc.) après avoir été enroulés avec des matériaux d'encapsulation pour sceller les bobines et les noyaux. Le matériau d'encapsulation est en plastique ou en résine époxy.

Symboles d'inductance

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.
Formule d'inductance
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.
Dans un circuit alternatif (niveau lycée), l'effet de la température n'est pas pris en compte.
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.
Dans un circuit parallèle de résistance, d'inductance et de capacité
1/R total = 1/R + 1/XL + 1/XC.
Explications sur l'électricité
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.
Dans un courant électrique, l'effet d'un objet qui fait obstacle au courant est appelé résistance. À l'exception des supraconducteurs, toutes les substances du monde ont une résistance ; seule l'ampleur de la valeur de la résistance diffère. Les substances ayant une très faible résistance sont appelées bons conducteurs, comme les métaux ; les substances ayant une très forte résistance sont appelées isolants, comme le bois et le plastique. Il existe également un conducteur intermédiaire appelé semi-conducteur, et un supraconducteur est une substance dont la valeur de résistance est égale à zéro, bien qu'il faille une température suffisamment basse et un champ magnétique suffisamment faible pour que sa résistivité soit nulle.
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.
La mécanique de l'impédance expliquée
Les concepts d'impédance, de résistance et d'impédance ne se retrouvent pas seulement dans les circuits électriques, mais aussi dans les systèmes vibrants, où l'impédance, également désignée par Z, est un nombre complexe et une phase (Phasor), contenant la magnitude et la phase/polarité. elle se compose de la résistance et de la réactance. La résistance est la consommation d'énergie, tandis que la réactance est la conservation de l'énergie. Dans un système vibratoire, la résistance générée par la masse est la résistance de masse, tandis que la résistance générée par la rigidité est la résistance de rigidité.

Le rôle des inducteurs

Les inducteurs sont des composants passifs importants dans les circuits imprimés.Leur fonction principale repose sur le principe de l'induction électromagnétique, qui permet de réaliser une variété d'applications en stockant l'énergie dans un champ magnétique et en empêchant les changements de courant.

1. Stockage et filtrage de l'énergie
   Conversion de l'énergie électrique en énergie magnétique : Les inducteurs peuvent convertir l'énergie électrique en stockage d'énergie magnétique et libérer l'énergie lorsque le courant change. Cette caractéristique est utilisée pour stabiliser la tension de sortie dans les alimentations à découpage.
   Lissage des fluctuations de courant :Combiné à des condensateurs pour former un filtre LC, il peut supprimer le bruit à haute fréquence dans l'alimentation, par exemple en filtrant l'ondulation du courant alternatif dans une alimentation en courant continu.
2. Obstruction de l'alimentation en courant alternatif (blocage de la circulation)
   Court-circuit vers le courant continu : Le courant continu passe à travers l'inducteur sans presque aucune obstruction, ce qui indique une condition de cheminement.
   Impédance inductive au courant alternatif : l'inducteur produit une impédance inductive lorsque le courant alternatif le traverse ; plus la fréquence est élevée, plus l'effet d'impédance est important.Cette caractéristique est utilisée dans la conception des filtres passe-bas RL et des filtres passe-haut RL.
3. Conversion tension/courant et adaptation d'impédance
   Application du transformateur : changement de la tension et du courant par le biais du rapport des tours de la bobine, par exemple, une entrée de 220 V peut donner une sortie de 110 V, mais le courant change inversement (conservation de la puissance).
   Adaptation des circuits RF : dans les communications sans fil, les inductances sont utilisées pour ajuster l'impédance des circuits et optimiser l'efficacité de la transmission des signaux.
4. Sélection de la résonance et de la fréquence
   Circuit résonnant LC : Combiné avec des condensateurs pour former un circuit résonnant, utilisé pour l'accord radio, la sélection de fréquence, etc., comme les filtres de sélection de fréquence pour les radios.
5. Autres rôles clés
   Inductance : empêche les interférences à haute fréquence (EMI) de passer, afin de protéger les composants sensibles.
   Détection du courant : Utiliser le champ magnétique généré par le changement de courant pour surveiller l'intensité du courant du circuit.

Les inductances ont-elles une polarisation ?

Les inducteurs ne sont pas polarisés.Un inducteur est un composant électronique passif, principalement constitué d'une bobine et d'un noyau magnétique, et son principe de fonctionnement est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique plutôt que sur le phénomène de polarisation diélectrique. Par conséquent, les inducteurs n'ont pas de caractéristiques de polarisation
Principe de fonctionnement et caractéristiques des inducteurs
Le principe de fonctionnement d'un inducteur est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique. Lorsqu'un courant électrique traverse la bobine d'un inducteur, il en résulte un champ magnétique qui stocke de l'énergie. Lorsque le courant varie, le champ magnétique varie également, ce qui se traduit par un potentiel électrique (CEM), qui est le principe de fonctionnement de base d'un inducteur. En raison de sa structure interne et des propriétés de ses matériaux, un inducteur n'est pas polarisé.

Les inducteurs ont-ils une résistance ?

Les inducteurs eux-mêmes ont une résistance de fil, mais un inducteur idéal a une résistance nulle.
Dans les applications pratiques, les inducteurs contiennent à la fois des propriétés inductives (réactance inductive) et des composants de résistance de fil. Les détails sont analysés comme suit.

1. Différence entre un inducteur idéal et un inducteur réel
   Inducteur idéal : Théoriquement, seule l'énergie magnétique est stockée, il n'y a pas de perte d'énergie et sa résistance au courant continu est nulle, ce qui se traduit uniquement par une réactance inductive.
   Inducteur réel :En raison de la résistance du fil utilisé pour enrouler la bobine (par exemple, un fil de cuivre), un inducteur réel présentera une résistance au courant continu (DCR), qui est la résistance ohmique du fil lui-même, et entraînera une perte d'énergie sous forme de chaleur.
2. Impact de la résistance sur les performances de l'inducteur
   Circuit à courant continu : Les inducteurs présentent une résistance de fil (DCR), qui est généralement faible mais qui affecte l'efficacité du circuit (par exemple, la perte de puissance dans le filtrage de l'alimentation).
   Circuits à courant alternatif :L'impédance totale Z d'un inducteur est déterminée par la combinaison de l'impédance inductive XL et de la résistance R. L'impédance inductive domine aux hautes fréquences et la résistance R aux basses fréquences. L'impédance inductive domine aux hautes fréquences et l'effet de la résistance est plus important aux basses fréquences.
3. Considérations de conception pour les applications pratiques
   Circuits à haute fréquence : Les inducteurs à faible DCR sont généralement choisis pour minimiser les pertes, par exemple en utilisant des fils plus épais ou des matériaux à faible résistivité (par exemple, plaquage d'argent).
   Inducteurs de puissance : nécessité d'équilibrer l'inductance et la DCR pour éviter la surchauffe (par exemple, les inducteurs à noyau de ferrite sont couramment utilisés dans les scénarios à haute fréquence et à faibles pertes).

Il convient de prêter attention à la disposition des inductances sur le circuit imprimé.

PCB L'agencement de l'inducteur doit tenir compte de la planification de l'emplacement, du traitement de la feuille de cuivre, de l'évitement de la couche suivante, de l'espacement des broches et de la conception de la dissipation de la chaleur.
Planification de la localisation
Les inducteurs doivent être placés aussi près que possible des puces concernées (par exemple, les circuits de commutation DC-DC) afin de raccourcir le trajet du courant et de réduire les interférences et les pertes.
Dans les circuits RF ou à haute fréquence, donnez la priorité à la disposition des inductances critiques et éloignez-les des autres modules sensibles (par exemple, les circuits analogiques) afin d'éviter la diaphonie des signaux.
Contrôle de la surface de la feuille de cuivre
La surface de la feuille de cuivre pour la connexion de l'inducteur doit être modérée ; une surface trop grande peut introduire un effet d'antenne et augmenter le risque d'interférence électromagnétique ; une surface trop petite peut entraîner une production de chaleur ou des dommages dus à un courant excessif. Il est recommandé de se référer à la conception des caractéristiques de tolérance de courant (par exemple, 1 once de carton pour chaque courant de 1A correspond à une largeur de ligne de 1 mm).
Évitement de la couche inférieure
Il est interdit de placer la couche de masse (GND) ou la ligne de signal directement sous l'inducteur, sinon les lignes de force magnétiques traversant la couche conductrice provoqueront des courants de Foucault, ce qui entraînera une diminution de l'inductance ou une interférence du signal. Si le câblage est nécessaire, utilisez un inducteur en circuit fermé et vérifiez avec des mesures réelles.
Espacement des broches et câblage
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.
Dissipation de la chaleur et compatibilité avec les processus
Les inducteurs de forte puissance doivent réserver de l'espace pour la dissipation de la chaleur, afin d'éviter d'être à proximité des composants thermiques, si nécessaire, l'arrière de la fenêtre ou l'augmentation du nombre de dissipateurs de chaleur.
Tenir compte des exigences du processus de production, telles que les inducteurs enfichables, la nécessité de réserver suffisamment d&#8217espace pour la soudure, et les inducteurs SMD&#8217 ; la disposition centralisée afin d&#8217améliorer l&#8217efficacité.
Référence de l'outil de conception clé :
L'outil de calcul de l'impédance RF SI9000 peut aider à la conception de la largeur de ligne et de l'espacement pour répondre aux exigences.
Pour les scénarios sensibles au bruit à haute fréquence, des outils de simulation logiciels (par exemple, HFSS) peuvent être utilisés pour vérifier l'agencement d'un système d'alimentation en énergie raisonnable.

Scénarios d'application des inducteurs

Les inducteurs ont un large éventail d'applications dans de nombreux domaines et scénarios, notamment les suivants :
Circuits d'alimentation : Dans les alimentations à découpage, les inductances agissent comme des composants clés de stockage d'énergie, stabilisant la tension de sortie en stockant et en libérant de l'énergie. Par exemple, dans les alimentations à commutation abaisseuse, les inductances stockent l'énergie lorsque le tube de commutation conduit et libèrent l'énergie lorsqu'il se coupe, stabilisant ainsi la tension de sortie et réduisant l'ondulation de la sortie de l'alimentation. En outre, les inductances sont utilisées pour augmenter ou diminuer la tension dans les convertisseurs DC-DC et sont couramment utilisées pour augmenter la tension de sortie des panneaux photovoltaïques et d'autres applications.
Communication : Dans les circuits RF, les inductances sont utilisées pour le stockage et le filtrage de l'énergie et forment souvent des circuits résonnants avec des condensateurs pour améliorer l'efficacité du transfert de puissance. Par exemple, dans les amplificateurs de puissance RF, les inductances sont utilisées conjointement avec les condensateurs pour que l'amplificateur fonctionne efficacement à une fréquence spécifique. Ceci est essentiel pour la transmission et la réception des signaux dans les dispositifs de communication sans fil tels que les stations de base cellulaires et les téléphones cellulaires, contribuant ainsi à améliorer la qualité et la couverture des communications.
Électronique automobile : Dans les systèmes électroniques d'injection de carburant pour automobiles et les systèmes d'entraînement de moteurs pour véhicules hybrides/électriques, les inductances stockent l'énergie électrique et la libèrent rapidement lors du démarrage ou de l'accélération à couple élevé afin d'améliorer les performances du moteur. En outre, les inductances sont utilisées pour supprimer les tensions et courants transitoires sur les lignes électriques, protégeant ainsi les équipements électroniques des pics de tension.
Domaine industriel : Dans le cadre du démarrage progressif et du contrôle de la vitesse des moteurs industriels, les inductances limitent le courant de démarrage en stockant et en libérant lentement l'énergie, évitant ainsi un impact excessif sur le réseau électrique lorsque le moteur démarre. Dans les systèmes de contrôle de la vitesse par conversion de fréquence, les inductances travaillent avec d'autres composants pour obtenir une régulation en douceur de la vitesse du moteur.
Les énergies renouvelables : Dans les systèmes de production d'énergie éolienne et photovoltaïque, les inducteurs sont utilisés pour le stockage et la libération de l'énergie afin d'améliorer la stabilité et l'efficacité du système.
Autres applications : Les inductances sont également utilisées dans les modems pour filtrer et isoler efficacement les signaux afin d'assurer une transmission claire. En outre, les inductances sont largement utilisées dans les circuits résonnants, les selfs et la détection de courant.