功率电感器基础讲座

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功率电感器基础讲座

2023-05-10 04:29| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.3 功率电感器的类型

下面介绍功率电感器的类型。村田的功率电感器有三种结构的产品线,分别是金属合金绕线型、铁氧体绕线型、铁氧体多层型。从可穿戴设备、智能手机等移动设备到医疗、工业电器、汽车设备,对于广泛用途,提供最佳电感器。

图1-8 功率电感器的结构

下面分别介绍各种结构的特点和技术。

金属合金绕线型

金属合金绕线型是采用绕线和涂布了树脂的金属磁性粉热压而成电感器。从大型产品到小型产品,可以适用于大电流领域。金属磁性材料与后述的铁氧体材相比,虽然透磁率较低,但却具有出色的直流叠加特性,属于适合大电流的材料。近年来,DC-DC转换器的开关速度不断提高,低电感需求日益增加,金属合金绕线型在大部分市场逐渐成为主要商品。 此外,金属磁性材料还有一大特点,就是温度特性优于铁氧体材料。导磁率受环境温度的影响很小,因此在高温时也能保持稳定的直流叠加特性。目标市场涵盖广泛领域,包括汽车、智能手机、HDD等等。

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图1-9 金属合金绕线型的结构与外观

金属合金绕线型技术包括金属磁性材料及其加工技术、采用了铜丝的绕线技术(图1-10)。村田确立了自己的材料技术,可以实现独特的绕线结构、高导磁率及高绝缘性。依靠这些技术的融合,可以提高电感的获取效率、降低直流阻抗,实现支持大电流的产品线。

图1-10 金属合金绕线型的截面图図

铁氧体绕线型

铁氧体绕线型电感器是将铜丝在铁氧体芯部盘绕成螺旋状。村田的大多数铁氧体绕线型,都在铁氧体芯部盘绕的铜丝上涂布了磁性树脂。树脂涂层的目的是减少漏磁通,提高电感的获取效率和强度。因为铁氧体的导磁率很高,在高电感领域使用时,选择铁氧体绕线型有利。目标市场涵盖广泛领域,包括智能手机、TV、HDD等等。

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图1-11 铁氧体绕线型的结构与外观

铁氧体绕线型技术、包括铁氧体材料和磁性树脂材料技术、铁氧体芯形成技术以及从细线到粗线对应的绕组技术(图1-12)。村田将这些技术相结合,实现了尺寸种类繁多和广泛的电感产品。

图1-12 铁氧体绕线型的截面图

铁氧体多层型

铁氧体多层型电感器是将磁性材料与内部电极交互叠加烧结而成的。与绕线结构相比,可以实现小型化、薄型化。对于小型低电感需求,使用金属合金绕线型的情况日益增加,小型大L、高耐压领域越来越需要铁氧体多层型的特性。

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图1-13 铁氧体多层型的结构与外观

铁氧体多层型技术,包括铁氧体材料技术、高纵横比的内部电极形成技术、电路设计技术、叠层技术(图1-14)。村田获得了无法靠传统的叠片实现的内部电极高纵横比技术,可以进一步降低阻抗。同时,依靠高自由度的磁路间隙形成技术,抑制磁饱和,实现了优异的直流叠加特性。依靠这些技术,实现了支持需要小型化和薄型化领域的产品线。

图1-14 铁氧体多层型的截面图

下面比较一下上述各种结构的功率电感器的性能。

功率电感器的性能比较

要比较的功率电感器性能,主要有1)电感值、2)直流叠加特性、3)温度特性、4)耐电压、5)漏磁通。了解这些信息,就能分别选择结构适合各种必要性能的功率电感器。

1) 电感值 电感值的可获取范围,取决于功率电感器的结构。铁因为铁氧体材料的导磁率高,氧体绕线型可以获取10uH以上的高电感,范围广泛。铁氧体多层型的提及比绕线型小,因此属于10uH以下的低电感领域。金属合金绕线型也因为其材料特性,最适合10uH以下的低电感。

图1-15 各种结构的电感范围

2) 直流叠加特性 数字电路之类的大电流通过的电路,要求功率电感器的电感不因大电流而下降,也就是说,需要直流叠加特性优良的功率电感器。这是因为电感不下降,纹波电流就能固定不变,从而保持稳定的电路动作。金属合金绕线型与铁氧体型相比,不易产生磁饱和,因此具备出色的直流叠加特性。

图1-16 各种结构的叠加特性

3) 温度特性 就像汽车用电源电路一样,在高温下使用功率电感器时,其温度特性非常重要。磁性材料具有导磁率随温度变化的温度特性,与铁氧体相比,温度对金属磁性材料导磁率的影响较小,可以说这一特性非常出色。 金属合金绕线型的电感值和直流叠加特性变化不大。图1-17是环境温度25℃~125℃时,金属合金绕线型与铁氧体品的直流叠加特性。可见金属合金绕线型在125℃时,其特性与25℃时没有区别。

图1-17 各种结构的温度特性

4) 耐电压 LED等升压电路、高降压比的电源电路,必须注意功率电感器的耐电压。金属合金绕线型采用绝缘树脂覆盖金属磁粉,确保其绝缘性,与铁氧体绕线型相比,有绝缘性较低的趋势。因此,金属合金绕线型具有许多出色的特性,在高耐电压下使用时必须确认。

5) 漏磁通 来自电感器的漏磁通,会作为一种噪声,对其他电路产生影响;特别是元件之间的距离受到制约的电源电路,可能会导致信号等级下降或失灵等。漏磁通的大小往往取决于电感器的结构,属于闭合磁路结构的金属合金绕线型和铁氧体多层型有利。这是因为要想获取相同电感时,采用金属合金绕线型、铁氧体多层型,可以减少漏到外部的磁通(图1-18)。各种结构的漏磁通的比较结果如图1-19所示。根据其结果可知,金属合金绕线型、铁氧体多层型与铁氧体绕线型相比,漏磁通被控制在较低水平。

图1-18 金属合金绕线型与铁氧体多层型的截面图

图1-19 各种结构的漏磁通

表1汇总了这些性能比较结果。选择功率电感器时,请以这些为参考,选择适合用途的产品。

表1 各种结构的性能比较

最后介绍这些功率电感器的推荐产品线。功率电感器的用途大致可分类为一般用途与车载用途。 金属合金绕线型可以采用广泛的电感值和尺寸。铁氧体绕线型的优势是属于高电感产品,铁氧体多层型的优势是属于小型产品。

此处为一般用途的功率电感器的推荐产品阵容 此处为车载用途的功率电感器的推荐产品阵容 1.4 选定功率电感器时的课题


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