7大電感的實際應用產品

電感器以其在電子電路設計中的廣泛應用而聞名，透過這篇文章的講解，可以讓你了解電感應用的背景知識，包括應用在變壓器、儲能、磁珠、感測器、感應電動機、濾波器和電磁繼電器。

文章目錄

• 電感基本原理與分類
• 電感重點參數介紹
• 變壓器
• 儲能
• 磁珠
• 感測器
• 感應電動機
• 過濾器
• 電磁繼電器
• 電感相關常見問題
• 總結

電感基本原理與分類

電感是一種被動電子元件，用來儲存電流產生的磁能，常見於濾波、穩壓與能量轉換電路中。電感會將電流產生的磁場能量暫時儲存在磁芯中，當電流變化時釋放。電感也稱為線圈coil或扼流圈choke，是一種廣泛運用於存儲能量或過濾高頻功能的被動元件。

常見電感可依不同面向分類：

• 依結構分類：空心電感、鐵芯電感、可變電感。
• 依用途分類：濾波電感、儲能電感、射頻電感、共模電感等。
• 依工作頻率分類：低頻電感、高頻電感。

常見電感以結構來區分

• 線圈式電感 (Wirewound Inductor)：以漆包銅線繞於磁芯（鐵氧體、鐵粉、空氣芯）；常見於高功率或中低頻應用。
• 多層片式電感 (Multilayer Chip Inductor)：多層陶瓷燒結，每層嵌入導體，外型小巧，適合表面黏著。
• 空心電感 (Air Core Inductor)：無磁芯，僅繞線，適合極高頻應用。
• 鐵氧體磁芯電感 (Ferrite Core Inductor)：導線繞在鐵氧體芯上，適合能量儲存、高頻與抗飽和。
• 功率電感 (Power Inductor)：加粗線材及大型磁芯，為高電流設計，抗熱與飽和能力強。
• 貼片電感 (Surface Mount Inductor, SMD)：任何結構設計均能以表面黏著形式實現，專為自動化貼裝。
• 共模電感/扼流圈 (Common Mode Choke)：雙線在同一磁芯繞製，專用於EMI抑制

電感以應用來區分

• 電源濾波與轉換 (Power Filtering & Conversion)：常見線圈式、功率型和鐵氧體磁芯電感多用於開關電源、DC-DC轉換器、高電流設備。
• 射頻與通訊 (RF & Communications)：常見多層片式、空心電感主要應用於RF前端、天線、訊號處理、調諧電路。
• 高電流/汽車/工業 (High Current/Automotive/Industrial)：功率型和共模扼流圈用於電池管理、汽車電子、馬達驅動、EMI濾波。
• 消費性電子 (Consumer Electronics)：貼片電感廣用於手機、筆電、IoT、通訊模組等小型自動化設備。
• EMI抑制 (EMI Suppression)：共模電感用於濾除接口、電源線和資料線的雜訊。

電感以工作頻率來區分

• 低頻（10kHz~100kHz） (Low Frequency: 10kHz-100kHz)：線圈式電感、功率電感用於傳統濾波、馬達。
• 中頻（100kHz~1MHz） (Medium Frequency: 100kHz-1MHz)：鐵氧體磁芯/功率型/部分SMD電感，DC-DC轉換、能源儲存。
• 高頻（1MHz~30MHz） (High Frequency: 1MHz-30MHz)：多層片式、部分鐵氧體芯、共模電感，應用於訊號處理、通訊設備。
• 超高頻（30MHz~GHz） (Ultra High Frequency: 30MHz-GHz)：空心電感、多層片式，天線、RF、微波、共振等領域

電感重點參數介紹

在選擇適合的電感時，除了外觀尺寸與安裝方式，還需考慮多個關鍵參數，以確保能滿足應用需求。

如何閱讀電感規格？

1. 電感值 (Inductance)： 標示電感器的主要功能，其單位為亨利（H）、毫亨（mH）、微亨（µH）等。這是選用電感時最基本的參數。
2. 直流電阻 (DCR)： 指電感線圈本身的電阻，影響功率損耗與發熱，DCR 值越低越好。
3. 額定電流 (Rated Current)：指電感器在不超過指定溫升的情況下，能持續通過的最大電流。
4. 飽和電流 (Saturation Current)： 指電感值因電流增加而開始顯著下降時的電流值。
5. 自諧振頻率 (SRF)：電感器因寄生電容而產生的諧振頻率，在此頻率以上電感器將失去電感特性。
6. 封裝尺寸： 如「smd 尺⼨表」所示，描述電感器的物理尺寸，以便在電路板上佈局。

變壓器

變壓器是電源和電力系統中常見的電感應用，基本上變壓器由共享相同磁場的多個電感組成，用於改變系統的電壓水平。例如：變壓器可以將120V或240V的交流電轉換為筆記型電腦、智能手機或任何IoT物聯網裝置所需的另一個電壓等級。一個非常基本的變壓器包含原線圈和次級線圈，並且由於共享相同的磁通量變化ΔΦ，根據法拉第感應定律，次級線圈兩端的電壓等於原線圈兩端的電壓乘以(Ns/Np)，其中Ns是次級線圈的圈數，Np是原線圈的圈數。

(a) 變壓器 ; (b) 變壓器示意圖 (Source: Lumen Learning)

儲能

能量是可以存儲在電感當中的，當有電流流過電感時，感應磁場可以在電感中儲存能量，因此可以將電感視為一種儲能裝置。在一定時間（t）內存儲在電感中的能量可由下列算式中得出：

磁珠

磁珠雖然歸類為電感的一種，但與一般電感不同，磁珠是由磁性鐵氧體組成，而一般電感則由磁芯和線圈組成；磁珠的原理是將交流信號加熱，而普通電感存儲則是來自交流信號的能量，然後再緩慢的釋放。磁珠的阻抗在高頻時較高，例如一般在100MHz時為100Ω。因此它們適用於過濾高頻噪聲。磁珠通常用於電子設備，例如電腦、電視、通訊設備。磁珠的等效電路是由一個電感和一個電阻串聯，電感和電阻的值都與磁珠的物理長度成正比。

感測器

磁珠雖然歸類為電感的一種，但與一般電感不同，磁珠是由磁性鐵氧體組成，而一般電感則由磁芯和線圈組成；磁珠的原理是將交流信號加熱，而普通電感存儲則是來自交流信號的能量，然後再緩慢的釋放。磁珠的阻抗在高頻時較高，例如一般在100MHz時為100Ω。因此它們適用於過濾高頻噪聲。磁珠通常用於電子設備，例如電腦、電視、通訊設備。磁珠的等效電路是由一個電感和一個電阻串聯，電感和電阻的值都與磁珠的物理長度成正比。感測器是電感的一般應用，這種類型的感測器包含一個LC振盪電路，當任何金屬物體靠近感測器時，振盪電路內的線圈會感應到電磁反應，這樣的電磁感應將導致線圈中電流的變化。一旦變化被放大和檢測到時，感測器就會發動工作。有時候可以使用鐵磁芯來增強感測器的靈敏度。通常這類型的傳感式感測器常見運用在作為無需接觸即能偵測到附近存在物體的產品（鄰近感測器）。隨著智能工廠實際應用在航空、汽車、醫療保健、製藥、消費電子產品、倉儲自動化、工業製造等領域，感測器揭發揮關鍵作用。

感測器示意圖

感應電動機

市場上的電機種類繁多，而利用電磁感應來運轉的稱為感應電動機（也稱異步電動機）。當交流電向感應電動機的定子供電時就會產生磁場，然後在轉子中產生感應電流，進而產生轉矩。由於交流電源有正負循環，磁場的極性也會隨之變化，改變極性就會使磁場和轉子同時開始旋轉之後，那麼就等同於電動機開始運轉工作了。

感應電機示意圖

過濾器

一種更廣泛常見的電感應用就是濾波的功能，濾波器用於過濾主要來自整流電路中交流分量的紋波。在任何濾波器中，電感和電容是主要部件：電感阻擋交流信號，而電容則是阻擋直流信號。濾波器有多不同種的類型，如串聯電感濾波器、並聯電容濾波器、LC濾波器、π型濾波器等。其中π濾波器因其出色的濾波能力而被經常使用，π濾波器是利用一個電感和兩個電容來平滑的輸出電壓。

(a) 整流輸出經過濾波器後輸出了理想低通的變壓電流; (b) 使用π濾波器作為濾波電路 (Source: tutorialspoint)

電磁繼電器

電磁繼電器主要是作為一種自動開關來使用；繼電器有控制系統（輸入迴路）和受控系統（輸出迴路）， 它主要用來控制電流相當小的大電流系統。利用電磁感應原理進行控制的繼電器被稱為電磁繼電器，電磁繼電器基本上包含一個電磁鐵和一個磁簧開關。當對電磁鐵的線圈施加電壓時，線圈中就會有電流流過，此時磁簧開關會因電磁感應而閉合（即ON）。不同類型的繼電器可應用在電子、物聯網、航太工程、醫療等行業中得到應用。

繼電器示意圖 (Source: www.saihs.edu.tw)

電感相關常見問題

Q1：電感與電容有什麼不同？

A：電感儲存的是磁能，抵抗電流變化；電容儲存的是電能，抵抗電壓變化，兩者在濾波器Filter, 諧振Resonance、電源管理Power management 等電路協同設計中常互補使用。

Q2：如何判斷電感性能好壞？

A：性能好壞看設計參數是否達到規範且有餘裕，可檢視其電感量精度、直流電阻（DCR）、飽和電流以及溫升特性，數值穩定且低損耗為佳。

• 電感值（L）準確與穩定：設計目標頻率下，電感值必須在規格範圍（通常±10~20%），且隨電流/溫度變化不劇烈。
• 直流電阻（DCR）低且一致：DCR越低損耗越小，實測值與資料表一致，批次間差異小。
• 飽和電流（Isat）高於最壞運作點： Isat需高於實際峰值電流20~30%，防止磁芯飽和導致效率下降或故障。
• 溫升能力（Irms）充分：元件長時間運作不會過熱，溫升在規範內，無異常熱斑
• 自諧振頻率（SRF）高，遠離工作頻率：SRF需至少為工作頻率10倍，才能避免寄生效應干擾。
• 高品質因數（Q），適用於高頻/諧振應用：Q值高（一般>30~50），表示損耗低，尤其重要於高頻應用。

Q3：SMD電感與插件電感差別是什麼？

A：SMD電感體積小、適合自動化生產；插件電感可承受較高功率並方便替換維修。

Q4：高頻應用應選什麼材質的電感？

A：通常選用鐵氧體或其他低損耗磁性材料，確保在MHz級頻率下仍具良好阻抗特性。

1. 鐵氧體磁芯（Ferrite Core）
   
   • 特性：導磁率高、損耗低，抗高頻渦流效應，非常適合1MHz~數十MHz以至更高頻段的設計。
   • 應用：開關電源、EMI濾波、RF電路、DC-DC轉換器。
   • 優點：低損耗、抑制雜訊能力強、體積可小型化。
2. 多層陶瓷（Multilayer Ceramic, MLCC Structure）
   • 特性：多層結構使寄生參數極低、精度高，適用於超高頻（GHz級）射頻電路如藍牙、WiFi、RF SoC的調諧和濾波。
   • 應用：手機、無線射頻模組、毫米波/微波。
3. 空心線圈（Air Core）
   • 特性：完全無磁芯，除去了鐵損與寄生效應，適合超高頻（如VHF/UHF/GHz）共振與天線等應用。
   • 應用：射頻共振、發射/接收線圈、無線電天線。
4. 粉末磁芯（Iron Powder Core）/高頻專用材料
   • 特性：設計分散氣隙，可支援多頻率融合應用，10kHz~幾MHz範圍有優勢，但高於10MHz會有渦流損耗限制。
   • 應用：部分開關電源、功率濾波器（中高頻）。

Q5：電感壞掉會有哪些症狀？

A：可能出現電源不穩、訊號雜訊增加、設備無法正常啟動等情況，需檢測更換。

• 電源輸出不穩/電壓異常
  電感損壞時可能導致電源紋波變大，電壓無法穩定，嚴重時甚至完全無輸出。
• 高溫/局部過熱
  電感內部開路、短路或飽和後，元件極端發熱，無法有效散熱，甚至外殼變色或炭化。
• 電流噪音/EMI干擾提升
  故障電感無法濾除高頻雜訊，使電路噪音明顯升高，對周邊通訊或控制元件造成干擾。
• 元件外觀異常
  磁芯裂痕、脫落，封裝變形、脹裂，焊點脫落、氧化或燒灼痕跡。
• 測試阻抗或電感值失常
  實測電感值遠低於（或高於）規格；阻抗變化大，DCR過高或開路。

總結

電感以多樣的形式滲透在生活與工業應用中，從電源轉換、能量儲存到訊號處理，都少不了它的身影。若您需要針對特定應用選擇最合適的電感方案，建議直接參考我們的產品型錄，或聯絡技術團隊獲取專業諮詢，讓您的專案在性能與可靠度上更上一層樓。