作者：AirCity 2020.2.12
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本文重点关注的是基带硬件领域常用的功率电感和高频电感，以功率电感为主。
我们最常用的电感是：
铁氧体磁芯的，绕线工艺，普通屏蔽或树脂屏蔽大功率电感。
昂贵的金属一体成型电感。
铁氧体基材的积层工艺小功率电感
陶瓷基材的积层工艺射频电感
以上“电感”前的修饰词是什么意思，本文告诉你答案。
1 电感分类
按照不同的范畴，电感分类如下，下面章节逐个解释。
1.1 电感用途：高频电感
用于射频电路中，起到阻抗匹配，滤波的作用，一般是0201的小尺寸贴片电感。
1.2 电感用途：功率电感
用在电源电路中，起到续流作用，比如DCDC电路中。一般体积较大，能通过几个安培的电流
1.3 电感磁芯：铁氧体磁芯
用铁氧体制作的磁芯，一般呈工字形。线圈缠绕在铁氧体上，能极大提高电感量。铁氧体一种具有铁磁性的金属氧化物。电阻率高，磁导率高，饱和磁化强度低。容易导致电感磁饱和。铁氧体还有个特点就是涡流损耗小，特别适合高频场合。详细介绍见：铁氧体
铁氧体磁芯绕线电感出现的时间最久，用途最广，工艺最成熟，能做到非常大的感值，应用最广泛。
1.4 电感磁芯：金属磁性材料
一种软磁性金属材料，有不易磁饱和，温度特性好。磁饱和指通过磁性材料的磁通量无法继续增大的现象。有磁芯的电感才会发生磁饱和，没有磁芯的不会磁饱和。高频电感的磁芯是电解质陶瓷，也不会磁饱和。金属一体成型的电感磁芯才是金属磁性材料。
金属磁性材料的功率电感一般就是一体成型电感。
1.5 电感屏蔽方式：无屏蔽电感
线圈饶在磁芯上，周围没有任何屏蔽，相当一部分磁通泄露在空气中，这部分泄露到空气中的磁场，会干扰周围的电路。外部的磁场也会干扰没电感工作。
两个无屏蔽的电感，如果考得很近，磁场会相互干扰，互相影响感值。因此无屏蔽的电感要距离远一点！
1.6 电感屏蔽方式：磁性粉树脂屏蔽电感
通过混炼了铁氧体或软磁性金属等磁性粉的树脂，在所卷绕的磁芯周围填充成型。这部分磁性粉能“锁住”大部分的电磁场，但有一部分泄露出去。虽然磁屏蔽效果有限，但成本低。
1.7 电感屏蔽方式：普通屏蔽
用屏蔽磁芯覆盖在绕线磁芯周围，形成接近闭合磁路结构的类型。屏蔽磁芯和绕线磁芯的材料相同。这种结构并不完美，因为两个磁芯之间肯定有空隙，电磁场会从缝隙中漏出。屏蔽磁芯拥有环型、L型等各个形状。
1.8 电感屏蔽方式：金属一体成型
这是最好的一种屏蔽方式。它是将已经绕好的空心线圈埋在软磁性金属粉中，然后一体压合成型。软磁性金属粉即是绕线磁芯，又是屏蔽磁芯，两者完全是一体的，电磁泄露最少。
下图分别是TDK三个系列电感的电磁泄露实测结果，VLS-EX系列为树脂屏蔽(半屏蔽)，CLF-NI系列为普通屏蔽，SPM系列为金属一体成型的功率电感器。
电磁场泄露强度：树脂屏蔽>普通屏蔽>金属一体成型
既然用铁氧体磁芯的电感器，屏蔽效果不好，为什么还继续用？
因为使用了铁氧体磁芯的功率电感器的特点在于，电感的种类更多，可应对较高的电感值。其量产性优异，多用于各类设备中。
金属一体成型的电感太贵了。
1.9 电感工艺：绕线型
使用粗铜线绕在磁芯上，制作电感。粗铜线可降低直流电阻，适用于大电流场景。
1.10 电感工艺：积层型
类似于MLCC的做法，是通过在片状基材上打印金属导体，再将其一层层叠加后生成线圈。适用于产品小型划，非常适合大规模量产。这种电感的功率一般不高，功率电感的基材是铁氧体，高频电感的基材是陶瓷。
1.11 电感工艺：薄膜型:
通过使用薄膜工艺形成高精度线圈，搭配金属磁性材料，制造出的产品适合小型划、大电流要求的应用。
2 电感的电流特性
电感规格书，如下图，会提供两个电流指标：
Isat：基于电感下降30%的电流，表示直流叠加允许电流，电感值下降30%时的电感值。
Idc：基于电感温度上升40℃的电流，表示基于温度上升的允许电流，电感温度从20℃或25℃（不同厂家标准不同）开始上升40℃的允许电流。
这两个电流中，较小的一个为电感的额定电流。电感工作电流不得超过这个值！
2.1 直流叠加允许电流
电感值有随电流增大而降低的性质，也叫直流重叠特性。电流大到一定程度，达到磁饱和状态，此时电感失去电感量，电流立即增大，烧毁电感。在使用中一定要避免磁饱和现象出现。
行业规定，规格书中要提供电感值下降30%所对应的电感值，电感实际应用电流，都不得超过这个值。
换个角度讲，电感的降额不得低于70%。印象中，汽车行业降额不得低于90%。
2.2 温度上升允许电流
电流通过电感，电感会发热，随着温度升高，磁芯，绕线的特性都会发生变化，进而严重影响电感特性。
行业规定规格书要要提供电感温度从20℃或25℃（不同厂家标准不同）开始上升40℃的允许电流。而且实际使用不得超过这个电流。
3 电感的损耗
电流通过电感，电感温度升高。温升来自于能量的损耗，绕线引起的损耗称为铜损，磁芯材料引起的损耗称为铁损。
铜损主要是绕线的电阻（Rdc）引起。直流电流引起的铜损与电流的平方成正比。交流电流引起的铜损不仅与电流的平方，而且与频率成正比。频率越高，交流电流越会集中在导体表面附近流过，趋肤效应使得交流电流感受到的阻抗更大，交流铜损也更大。
铁损主要包括磁滞损耗与涡流损耗。涡流损耗与频率的2次方成正比，因此在高频率范围内涡流损耗引起的磁芯损失会增加。
Idc的测试条件中，一定会有频率参数，一般是1MHz.
功率电感的损耗会因负荷大小而变化，小负荷时，几乎没有直流，大部分是磁芯材料的铁损。中负荷和重负荷时，直流电流很大，所以主要是铜损。下图是一个DCDC的效率曲线图，电感的特性直接决定了DCDC的效率曲线。
4 电感小知识
4.1 电感的Q值
Q值是表示电感器质量的参数。Q是Quality Factor（质量系数）的简称。线圈会顺利流过直流电流，但会对交流电流产生电阻。这称为感抗，交流频率越高则越大。另外，绕组虽是导体，但有一定的电阻成分（R）。这个电阻成份和对应频率的电感之比（R/2πfL）称为损耗系数，其倒数便是Q值（Q=2πfL/R）。ｆ是流过线圈的电流频率，Q值会随频率发生变化。简而言之，Q值越高，损耗越低，对于高频电感器而言，其具有十分优异的特性。
对于功率电感而言，很少直接谈Q值，一般只看直流阻抗，这个值越小越好。
4.2 SRF
电感器中端子电极与绕组导体等之间存在微小的分布容量，因此在特定频率下会发生共振。此时的频率称为自我共振频率，超过自我共振频率时，电感器将无法发挥其功能。
在为高频电路或高频模块选择电感器时，不仅仅是所需的电感值，同时还需要考虑相对于使用频率的自我共振频率。
4.3 电感能并联使用
电感可以并联使用，并联使用时可以使其通过更多的电流。但缺点在于，由于其为合成电感，因此电感值会下降。合成电感Lt可根据下列公式进行计算。（电感并联与电阻并联类似）
4.4 电感的极性
电感器有其卷绕方向（极性），因此该标志是为了方便从外观确认其极性而标识的。根据不同使用情况，电感器的极性可能影响其特性。苹果的主板上，电感都是有极性的，而且贴装时，也要求按照同样的方向贴装。
高频电感也是有极性的，比如村田的LQP_T系列、LQG系列、LQH系列，他们的构造并不是完全对称，所以这种电感一定要按照极性器件来处理。
下图是电感安装方向不同将导致电感值发生变化的实例：
4.5 电感自感与互感
自感指电感的磁场影响自己的感值，互感指电感的感值受到外部磁场的影响。使用中，自感无法避免，但要尽量避免互感。
下图显示了两个高频电感的距离与电感值变化关系，所以说无屏蔽的电感，极容易干扰其他器件，也容易受到干扰。在使用时，电感尽量拉开距离。
4.6 用电感和电容来阻值高频干扰
如下图高频干扰信号（红色）第一次经过小电容，被过滤掉一部分后继续传播，到达电感后，由于电感的高阻抗，这个高频信号又被反弹回来（绿色箭头），到达电容后在此被吸收。电容在电感的前面，这种电路能极大的滤除高频信号。
5 电感与DCDC
在基带硬件领域，功率电感只用于DCDC电路，而且功率电感是左右DCDC效率的重要元件。如下是一个buck电路，MOS管打开时，电流留过电感，进入负载电路。MOS管关闭时，由于电感的续流特性（电感电流不能突变），电感会尽力抑制电流下降，此时电感+电容+二极管形成了一个回路。
5.1 DCDC对电感的要求
DCDC与电感有着密切的关系，有关DCDC的介绍，见即将发布的文章《DCDC与电感》。关于DCDC对电感的要求，可以简单总结如下：
6 金属一体成型电感
现在很多厂家都在力推金属一体成型电感，从产品结构上讲，这种工艺的电感磁屏蔽性能确实最好，磁芯的材料特性也让电感不易磁饱和。下面是铁氧体和金属磁芯的电流性能对比：很明显金属磁芯不容易磁饱和，能做到更大的电流。
磁泄露效果对比：一体成型效果非常好。
一体成型电感没有磁芯间隙，不易产生异响，可以优化电感啸叫问题。
7 我用过的电感型号
| 品牌 | 型号 | 特点 | 用途 |
|---|---|---|---|
| TKD | TFM20160GHM-1R0MTAA | 2016,1uH | PM8916-1的Buck1,2。PM8909的Buck1。SmartPA FS1896的Boost。ASRPM813 的Buck1 |
| CYNTEC | HMMQ20161T-1R0MDR | 同上 | 同上 |
| CYNTEC | HTTK20161T-1R0MSR | 同上 | 同上 |
| CYNTEC | HMMQ20161T-2R2MDR | 2016,2.2uH | PM8916-1的Buck2,4。PM8909的Buck2。PM8953的Buck3,4，7。MT5931的1.6V Buck。ASRPM813 的Buck2,3. ISL98611背光驱动IC的Buck |
| CYNTEC | TFM201610GHM-2R2MTAA | 同上 | 同上 |
| SAMSUNG | CIGT201610EH2R2MNE | 同上 | 同上 |
| TDK | TFM20160GHM-2R2MTAA | 同上 | 同上 |
| CYNTEC | HMMQ20161T-1R5MDR | 2016,1.5uH | APT QFE4101、QFE2101的Buck |
| SUNLORD | WPN252012HR33MT | 2520,0.33uH | SC2721G CORE Buck，RAM Buck。 |
| CYNTEC | PCSB25201T-R33MS | 同上 | 同上 |
| SUNLORD | WPN201610H1R0MT | 2016,1uH | SC2721G 1.4V Buck MT2503 GPS电路的1.8VBuck。MT3333的1.8V Buck |
| CYNTEC | PCSB20161T-1R0MS | 同上 | 同上 |
| SUNLORD | WPN201610H2R2MT | 2016,2.2uH | SC2721G 1.85V Buck, WIFI PA Buck. |
| CYNTEC | PCSB20161T-2R2MS | 同上 | 同上 |
| MURATA | LQM18PN2R2MGHD | 0603,2.2uH | TD1030的1.8V Buck |
| SUNLORD | MPH160809S2R2MT | 同上 | 同上 |
| TOKO | DFE252010F-100M=P2 | 2520,10uH | ISL98611背光驱动IC的Buck。 |
| CYNTEC | SDTM25201T-100MS | 同上 | 同上 |
| TDK | TFM252010ALM-1R0MTAA | 2520,1uH | SmartPA MAX98927的Boost. |
| Sunlord | MPL2012SR47MDT | 2012,0.7uH | DCDC NCP6343BFCCT1G的电感 |
| MURATA | LQM21PNR47MGHL | 同上 | 同上 |
8 电感选型的步骤
- 确定感值，这个在《DCDC与电感》中会介绍
- 选择最大电流不超过Isat和Idc的。
- 尽量选择直流电阻小的电感。
- 如果是大电流应用，考虑绕线电感或者薄膜电感。大电流应用要特别注意电感的屏蔽方式，如果主板器件密集，且敏感器件多，建议用一体成型的电感。如果不要求，可以考虑铁氧体绕线电感或者薄膜电感。
- 小电流应用，可以考虑积层电感，也要注意漏磁通对周围器件的干扰。
- 注意电感不能太高温下使用，会影响Idc。
9 电感品牌系列介绍
9.1 TDK
9.2 MURATA
绕线+普通屏蔽型：LQH系列、DEM系列
积层型：LQM系列
金属一体成型：DEFC系列、DEFS系列、FDSD系列
9.3 TOKO
待补充
9.4 SUNLORD
待补充
9.5 CYNTEC
待补充
