电感篇---常见作用

在嵌入式系统中，电感作为储能元件，凭借其 “通直流、阻交流” 的特性，在电源管理、信号处理等场景中发挥关键作用。以下是其核心功能及典型应用的详细解析：

一、电源转换与能量管理

1. DC-DC 转换器中的储能元件

在开关电源（如 Buck、Boost、Buck-Boost 电路）中，电感与 MOS 管、电容配合实现电压转换：

• Buck 电路（降压）：
  开关导通时，电感储能并向负载供电；开关关断时，电感释放能量维持电流，通过控制开关占空比实现降压。
• Boost 电路（升压）：
  开关导通时电感储能，关断时电感与电源串联向负载供电，输出电压高于输入电压。
• 典型应用：
  • 嵌入式设备中，将锂电池电压（如 3.7V）通过 Boost 电路升至 5V 为外设供电。
  • 从 5V 电源通过 Buck 电路转换为 3.3V、1.8V 等芯片工作电压。

2. 滤波与纹波抑制

与电容组成 LC 滤波电路，滤除电源中的高频纹波：

• π 型 LC 滤波：电感串联在电源路径中，配合输入 / 输出电容，抑制开关电源产生的高频噪声，提升供电质量。
• 应用场景：
  • 为 ADC、DAC 等高精度芯片提供低纹波电源，避免干扰影响采样精度。

二、信号处理与抗干扰

1. 扼流圈（Choke）抑制高频干扰

• 作用：串联在信号或电源线上，利用电感对高频信号的高阻抗特性，阻止高频噪声传播。
• 典型应用：
  • 在 USB、CAN 总线等通信线路中，串联小电感抑制外部电磁干扰（EMI）对信号的影响。
  • 电源输入端串联功率电感，防止开关电源产生的高频噪声干扰其他模块。

2. LC 谐振与选频电路

• 与电容组成 LC 谐振回路，用于：
  • 晶振电路辅助起振：在某些 LC 振荡电路中（如射频模块），电感与电容配合产生稳定的振荡频率。
  • 带通滤波：仅允许特定频率的信号通过（如 RFID 标签芯片的天线匹配电路）。

三、储能与能量释放

1. 暂态能量缓冲

• 在大电流负载（如电机、继电器）启动时，电感通过储能释放电流，缓解电源瞬间负荷压力：
  • 应用案例：
    嵌入式电机驱动电路中，电感存储能量，避免启动时电流骤降导致电源电压波动。

2. 感性负载保护

• 当驱动继电器、电磁阀等感性负载时，并联续流二极管与电感配合，防止断电时电感产生的反电动势损坏驱动芯片：
  • 工作原理：断电时电感电流不能突变，通过续流二极管形成回路，释放能量并抑制电压尖峰。

四、阻抗匹配与信号完整性

1. 射频电路匹配网络

在无线通信模块（如 WiFi、蓝牙）中，电感与电容组成 LC 匹配网络，调整天线阻抗至 50Ω，最大化信号发射效率：

• 示例：
  嵌入式 WiFi 模块的天线接口处，通过电感电容网络匹配阻抗，减少信号反射损耗。

五、特殊应用场景

1. 电流检测与变换

• 电流互感器（互感应用）：
  利用电感互感原理，通过小电流电感检测大电流回路的电流（如嵌入式功率监控系统）。

2. 磁珠（特殊电感）的应用

• 铁氧体磁珠等效于 “电阻 + 电感”，主要用于高频噪声抑制：
  • 区别于普通电感：磁珠在高频段表现为电阻特性，将噪声能量转化为热能消耗，而非像电感般储能。
  • 应用场景：
    数字电路与模拟电路的电源隔离处，用磁珠抑制数字信号的高频噪声窜入模拟部分。

选型与设计要点

• 电感值选择：根据工作频率、电流需求确定，如 DC-DC 转换器中电感值影响输出纹波和转换效率。
• 饱和电流：确保电感在最大工作电流下不进入磁饱和状态（饱和会导致电感值骤降，引发电源异常）。
• 寄生参数：高频场景需关注电感的分布电容和 ESR（等效串联电阻），避免影响谐振频率或能量损耗。

总结

电感在嵌入式系统中是电源转换的核心元件，同时通过滤波、抗干扰、匹配等功能保障电路稳定运行。从 DC-DC 电源到射频通信，其 “储能 - 释能” 与 “阻高频 - 通低频” 的特性，使其成为连接模拟电路与数字系统的关键桥梁。实际设计中需结合功耗、频率、空间限制等因素，选择合适的电感类型（如绕线电感、功率电感、片式电感）以优化系统性能。