电感基础5——电感选型时需要考虑什么？额定电流、饱和电流、自谐振频率……

一、电感的选型指标

电感的类别有很多，有根据芯材料分类的，有根据形状分类的，还有根据加工工艺、安装方式等分类的：

图1-电感类别一览

不同类别的电感，即使标称的电感量一样，在不同条件下，还会表现出差异。那么，要完整的描述电感，一般会用到哪些指标呢？

让我们通过几个规格书的实例片段，来观摩一下：

图2.1-“Würth Elektronik”电感PD系列规格书图2.2-“Würth Elektronik”电感TI系列规格书图2.3-“Würth Elektronik”电感SI系列规格书

上图中，电感的电气特性中都包含了如下指标，本文将会逐个解释，帮助你在电感选型时进行甄别：

• 电感量（Inductance）
• 额定电流（Rated Current）
• 饱和电流（Saturation Current）
• 直流电阻（DC Resistance）
• 自谐振频率（SRF，Self Resonant Frequency）

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二、电感量/电感值（Inductance）

电感量是电感选型时的最重要的指标，教科书对电感量的描述有一个经典公式：

图3-电感量的推导

上图中，圆柱形螺旋线圈的电感量和截面积、长度、线圈圈数、磁导率有关系。

不同芯材料的磁导率（Permeability）不同，空芯线圈（Air core）的磁导率为1。相比而言，铁磁类（MnZn ferrite铁氧体，Iron金属粉末）芯的磁导率很高，所以电感量（L）可以做很高，同时又保持了很小体积：

图4-芯材料的磁导率

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三、额定电流（Rated Current）

额定电流，是指电感能通过的最大电流（稳态下的电流）。电感的线圈具有电阻，通过电流会发热，温度升高到一定程度会导致电感工作异常。所以，额定电流其实讲的是电感的温升，是对“相对温度”变化的限制。在图2的spec中，都可以看到“ΔT = 40K”的描述，指电感温度上升40度所需的电流大小。

当然，元器件都有一个工作温度范围的指标，电感也有，这是对“绝对温度”的限制。譬如，一个电感的工作温度范围是最高155°C，环境温度是125°C，此时，在电感上通过额定电流，使得电感在环境温度的基础上再上升40°C，达到165°C。但电感能达到165°C吗？可能不能，因为在155°C的情况下可能就已经坏了。

图5-额定电流和工作温度

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四、饱和电流（Saturation Current）

饱和电流，是指使得电感进入（磁）饱和状态下的电流，此时，电感的电感量会下降，而通过的电流会进一步急剧上升（电感量下降，电感应对电流变化的阻碍能力下降）。

通常情况下，饱和电流比额定电流要大一些，如Vishay Dale的IHLP-2020BZ系列680nH电感，它的额定电流是10A，饱和电流是15A，规格书上清晰的列出了温度和电感量随电流增大的变化过程（饱和电流下，电感量降低到一定程度）：

图6-电感量、温度 vs 电流变化

我理解这还是和温度有关，更大的电流意味着更高的温度，而高温会改变电感的磁场状况，进而改变电感量。

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五、直流电阻（DC Resistance）

直流电阻，描述的是电感的电流/磁场达到稳定状态下的电阻。理想情况下，电流/磁场稳定了，电感呈现短路状态，但实际上还有mΩ级别的电阻，会有压降和功耗。

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六、自谐振频率（SRF，Self Resonant Frequency）

理想情况下，电感就是电感。但实际情况下，电感的绕线与绕线之间存在着“寄生电容”（Parasitic Capacitance），随着输入信号的频率升高，电感的这个电容特性会变得越加明显，以致于在高频信号情况下，电感其实等效为电感+寄生电容的并联电路：

图7-高频信号下，电感需要考虑寄生电容的影响

我们在前一篇“谐振频率”讲到，电感、电容构成的并联电路，在谐振频率下，呈现为开路状态。由于这个电容是线圈自带的寄生电容，所以这个谐振频率称为“自谐振频率”（SRF，Self Resonant Frequency）。

电感的谐振频率主要受到芯材料/加工工艺的影响，我们来看一下不同电感的特性对比总结：

图8-电感特性对比

（全文完）

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