電感技術(shù)新革命！

感應(yīng)器能以全新的方式重新設(shè)計(jì)嗎？是的。

根據(jù)《自然》雜志的報(bào)道，美國(guó)、日本和中國(guó)的研究人員的一項(xiàng)新研究提到，他們已經(jīng)制造了個(gè)使用插入石墨烯的L型L-能量電感器，其工作頻率范圍為10-50千兆赫，并且使用動(dòng)態(tài)電感——的機(jī)制來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)裝置的磁感應(yīng)。這種新型電感器尺寸小，電感值高(約1-2納亨)，目前很難獲得。它的表面積比傳統(tǒng)設(shè)備分之一，但性能相同。因此，它們可用于物聯(lián)網(wǎng)、傳感和能量存儲(chǔ)/傳輸應(yīng)用的超小型無(wú)線通信系統(tǒng)。

螺旋電感及其簡(jiǎn)化等效電路

加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究小組組長(zhǎng)考斯塔巴納吉說(shuō):“感應(yīng)器是在大約200年前發(fā)明的，但這是自那以后次使用一種全新的機(jī)制(動(dòng)態(tài)感應(yīng)器)(使用嵌入的石墨烯)來(lái)改造這種基本的無(wú)源器件?！薄！斑@可能會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的無(wú)線通信、傳感和能量存儲(chǔ)/傳輸應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。這也反映了石墨烯在電路互連中的實(shí)際應(yīng)用。”

據(jù)估計(jì)，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)將有500億個(gè)目標(biāo)設(shè)備，到2025年，潛在影響將達(dá)到每年2.7萬(wàn)億至6.2萬(wàn)億美元。這場(chǎng)革命將需要大量由射頻集成電路驅(qū)動(dòng)的小型化、的低功耗和可擴(kuò)展的無(wú)線連接。據(jù)估計(jì)，到2026年，另一個(gè)重要領(lǐng)域，射頻識(shí)別(射頻識(shí)別)——，將增加到近190億美元，依靠電磁場(chǎng)自動(dòng)識(shí)別和跟蹤目標(biāo)標(biāo)簽——。

平面芯片上的金屬電感是射頻集成電路中使用的主要器件類型，約占芯片面積的一半。它們也是射頻識(shí)別的主要部分

中國(guó)工業(yè)信息網(wǎng))中國(guó)的電感行業(yè)在上游供應(yīng)商和下游買家的價(jià)格談判中處于弱勢(shì)。磁性材料行業(yè)市場(chǎng)集中度高，客戶穩(wěn)定性高，導(dǎo)致電感行業(yè)在上游價(jià)格談判中處于弱勢(shì)地位。電感由電磁感應(yīng)原理制成。zui的重要原材料是鐵氧體粉末、磁芯和其他磁性材料。中國(guó)磁性材料制造業(yè)技術(shù)壁壘高。磁性材料制造商需要獲得相應(yīng)的國(guó)際質(zhì)量管理體系認(rèn)證才能獲得供應(yīng)商資格。因此，磁性材料行業(yè)的市場(chǎng)集中度很高，使得下游電感器制造商在議價(jià)能力上處于弱勢(shì)地位。此外，不同規(guī)格的電感器對(duì)磁性元件的物理、磁性以及形狀和位置公差有不同的要求，并且通常是定制的。因此，一旦上游感應(yīng)器供應(yīng)商選擇了合作感應(yīng)器制造商，它將根據(jù)定制的規(guī)格建立生產(chǎn)線，以大規(guī)模生產(chǎn)定制的磁性元件?？紤]到時(shí)間成本和產(chǎn)品質(zhì)量，供應(yīng)商不會(huì)輕易與新的感應(yīng)器制造商建立合作關(guān)系。因此，感應(yīng)器制造商很難隨意更換磁性材料供應(yīng)商，從而進(jìn)一步削弱了感應(yīng)器制造商與上游供應(yīng)商的議價(jià)能力。大量的市場(chǎng)參與者和產(chǎn)品的同質(zhì)化共同導(dǎo)致電感行業(yè)下游的議價(jià)能力較弱。我國(guó)有400多家電感器制造商，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，產(chǎn)品替代性強(qiáng)，下游電感器買家選擇范圍廣。因此，感應(yīng)器制造商在與下游制造商的談判中處于弱勢(shì)地位。事實(shí)上，近年來(lái)，電感器行業(yè)的上游材料價(jià)格一直在上漲。為了獲得更大的市場(chǎng)份額，電感器制造商一直在不斷降低市場(chǎng)價(jià)格。電感器制造商雙方都遭受了損失。中國(guó)感應(yīng)器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀研究

設(shè)計(jì)定制電感

電感值決定轉(zhuǎn)換器中的紋波電流。圖3示出了具有兩個(gè)不同紋波值的偽l-真，一個(gè)是負(fù)載電流的20%，另一個(gè)是負(fù)載電流的80%。有了現(xiàn)關(guān)設(shè)備和高質(zhì)量的輸出電容，任何設(shè)計(jì)都可以很好地工作。紋波為80%的小電感具有更好的磁效率，但峰值電流會(huì)更高，輸出電壓紋波會(huì)更大。整體性能的真實(shí)數(shù)字可以像[3]中一樣快速地進(jìn)行模擬，并通過(guò)測(cè)量每種情況下的實(shí)際硬件進(jìn)行驗(yàn)證。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器時(shí)，我們可以輕松更換磁性元件，以便快速評(píng)估各種設(shè)計(jì)。選擇正確的電感值是一個(gè)迭代過(guò)程。在鐵芯和繞組設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)每個(gè)值之前，選擇的全部意義并不明顯，因此在評(píng)估磁迭代之前，不要確定電感的值。

要設(shè)計(jì)的電感器的基本元件如圖4所示。我們需要選擇磁芯面積、匝數(shù)、磁芯材料和間隙來(lái)設(shè)計(jì)電感。我們采取的步是選擇磁芯區(qū)域。每種設(shè)計(jì)都可以提供非常寬的磁芯區(qū)域。我們鼓勵(lì)初級(jí)設(shè)計(jì)師嘗試不同的評(píng)估，以快速獲得經(jīng)驗(yàn)并建立知識(shí)庫(kù)。圖5顯示了選擇范圍。低端受到間隙大小(您不希望它太大)和電感熱性能的限制。如果冷卻效果好并且設(shè)計(jì)空間非常緊湊，您將選擇范圍底部的核心面積值。

醉的大面積是醉的小面積的25倍。超過(guò)這個(gè)尺寸，磁芯中的間隙變得太小而無(wú)法控制，并且浪費(fèi)了磁芯面積。隨著尺寸越來(lái)越大，部件的溫度將降低。大多數(shù)磁學(xué)手冊(cè)、教科書(shū)和手冊(cè)試圖將可用磁芯面積的范圍縮小到給定能量存儲(chǔ)的單一值。這是人為的限制，因?yàn)樵谶@些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中沒(méi)有冷卻輸入。Zui愿意嘗試現(xiàn)有的產(chǎn)品系列，并至少針對(duì)幾種不同的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以理解選擇的意義。

對(duì)于降低L電壓的例子，我們首先計(jì)算電感乘以峰值電流的平方。取值7μH，圖3所示的峰值電流為25A。然后將產(chǎn)品標(biāo)繪在圖5的x軸上，所用的小磁芯面積約為0.45cm2。然后選擇的磁芯是Ferroxcube或TDK的RM8磁芯，如圖1所示。內(nèi)核始終可用，是電力行業(yè)的熱門選擇。

電感積蓄電流，并維持電流

感應(yīng)儲(chǔ)能的原理可以理解為慣性。水管中的水流不會(huì)因?yàn)閼T性而立即停止。電感也是如此。由于電磁感應(yīng)，流經(jīng)感應(yīng)器的電流不會(huì)瞬間消失。電感本質(zhì)上是電磁體，許多線圈纏繞在磁鐵上。這是電感。

至于為什么電磁體中的電流不能突然改變，感興趣的讀者可以查閱一下高中時(shí)學(xué)過(guò)的倫茨定律。為了便于記憶，就把電流想象成水流。

如果有電流的電感器從電路中取出，并且兩端由零電阻的超導(dǎo)導(dǎo)線連接，電感器中的電流將永遠(yuǎn)不會(huì)消失，并且將循環(huán)流動(dòng)。

電感越大，儲(chǔ)存的電就越多。

電感器的應(yīng)用場(chǎng)景不多。在數(shù)字電路板上，電容可能占50%，電阻可能占30%，電感可能超過(guò)10%。