電感器的耐壓問題研討
2024.5.21
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一、 電感器會有耐壓值嗎？
傳統繞線電感和磁封膠結構電感的磁芯材料是鐵氧體（絕緣體），漆包線耐壓一般是1KV以上，因此，這些電感的耐壓值相對較高，自然能滿足常規使用環境電感兩端出現的幾伏特到十幾伏特電壓要求。
然而，一體成型電感構造不一樣，它的耐壓值比較低，需要考慮。一體成型電感的額定電壓來源與所用鐵粉有關。一體成型鐵粉是在合金粉外包覆了一層環氧樹脂絕緣層，環氧樹脂絕緣層很薄，因此一體成型電感會因為加在電感兩端電壓過大造成鐵粉耐壓不足導致粉體擊穿。
由於鐵粉供應商不同，絕緣層厚度也不盡相同，同時成型壓力也會傷害部分鐵粉的絕緣層。因此，一體成型需要定義額定電壓工作值，在實際應用中，例如DC-DC升壓或降壓差比較大的，不能超標使用。
圖1 : 高創一體成型電感額定電壓定義示例
二、 為什麼電感規格書沒有規定額定電壓？
包括電容器、電阻器和積體電路在內的許多電子元件都有規定的額定電壓，但電感器很少有規定呢？
因為無論是透過測試或計算來確定電感的額定電壓都存在一些挑戰。 此外，除非電感值很高（通常大於 1 mH），否則電感不支援直流或低頻工作電壓。透過測試來驗證工作電壓是很困難的，需因應實際應用而定。 另外，電感的不同製造方法以及製程應力如彎線，都會使計算電壓的理論額定值變得不可行。
三、 電感器件定義工作電壓的意義
一般電感器在DC應用的電子產品，大部分都在100V以內的電壓使用，對比電感器組成的漆包線，鐵芯原始材料的幾百volt，甚至1KV耐壓而言，都是很小的電壓且是安全的應用，但也不是沒有顧慮。
在大多數情況下，標定的額定電流是安全的。對於大部分的DC應用，最高也不過是100V的持續電壓。因此，大多數電感具有足夠的能力，無需在規格中另外標示額定電壓。定義額定電壓的意義在於，做為生產過程中一個重要的參數，在生產制程依據產品類別經過分別為耐壓(Hi-Pot)，或者層間短路，或者絕緣耐壓測試。這些測試旨在篩選出"受製程傷害"和耐壓較差的產品，那健康的"產品"在耐壓上是不會有問題的！
四、 電感器件工作電壓的定義
電感的工作電壓是電感兩個端子之間的電壓，如圖二 所示。
圖2 : 工作電壓
此工作電壓可以是直接來自於如圖所示的電壓源，或電路工作時在電感端子產生的。無論是哪一種情況，電感的工作電壓必須遵循 公式1 中的關係，源自於法拉第感應定律。
公式1 : 電感電流-電壓關係
依據北美UL60950安規標準中的定義 ：
工作電壓是當設備在正常使用條件下運作時，所考慮的絕緣或元件上可以承受的最高電壓，而此定義不包括在設備運作過程中所產生的外部過電壓。
五、 耦合電感 & 共模電感工作電壓的定義
不要把工作電壓與隔離電壓或hi pot高壓混淆了，通常耦合電感&共模電感的額定電壓等同於隔離電壓或hi pot高壓是變壓器繞組之間或繞組與外殼之間的絕緣強度的測量。隔離電壓(hi pot高壓)必須單獨考慮，並且它更適用於隔離變壓器而不是單繞組電感。
圖 3：隔離變壓器的高壓 ( Hi-Pot ) 測量
六、 額定工作電壓的定義
額定工作電壓是對不會損壞電感絕緣的工作電壓進行規定。 因為重複加壓有時會損壞絕緣，最保守的額定電壓應規定為能持續或重複加到電感端子而不會損壞絕緣的最大電壓。例如，對於如圖4所示的方波電感電壓，額定工作電壓等於或大於方波電壓，據此來選擇電感。
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圖4 : 電感額定值 ≧ 預期電壓
額定工作電壓驗證方法
說明：電壓的施加取決於多種因素，過電壓可能會導致元件故障、高溫和燒壞，這個電壓是根據擊穿電壓測試的，不同電路下可能不一樣，用戶需要驗證是否正確使用。
HI-POT測試示例
浪湧電流測試示例
層間絕緣耐壓測試示例
現階段同業廠家極少針對產品規格內定義額定電壓規格，主要在於額定電壓的量測需搭配應用端基板，才可以測得產品實際的電壓能力，而不同產品及不同應用及不同機板的設計，都會對額定電壓能力產生影響。雖然電感產品的額定電壓定義存在很多問題和挑戰，但是可喜的是高創科技已有高精密設測量技術已經可以設定電感器的額定電壓。
