功率电感的发展趋势
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发布时间：2022-04-22 07:42
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时间：2023-12-18 08:40
移动电话、相机、笔记本电脑的磁盘驱动器以及便携式音频播放器只是少数还在使用的传统电子元件，需要更多的是功率电感器。日益复杂的电路整合到更加狭小的电路板空间中的巨大的市场压力导致了性能更佳的、极具竞争力的、更为精巧的终端元件的需求增大。电路板上的大功率转化终端元件的广泛应用也导致了高效率直流转换器和更精细电感器需求的增加。为了适应这一挑战，元件制造商都花重金在材料与制作上发展、生产和改善绕线和多层片式电感器，用具有相等或更好的性能的但也更加精细的设计来迎合市场的需要。
1、精细功率电感器
在便携式电子产品的电源供应器设计当中，面临的最大挑战是，既要提高电源供应器的工作效率还要减小它的尺寸，也就是说要设计在电力供应设计中最好使用最小的电感器。解决此难题的办法之一是，提高DC/DC转换器的开关频率，这是影响低电感和小尺寸元件的关键。由负荷波动引起的瞬态响应较低的电感值是抵消了更好的。在这种情况下，伴随着负载波动所引起的更快的瞬态响应，低电感值因高频率而偏移。
但是，有得必有失，提高开关频率的同时也增加了开关损耗，这同样会导致工作效率的降低。由于其他重要电路设计之间相互作用会影响器件性能这一特点，所以仅仅靠增加开关频率并非易事。
开关频率一直保持在500kHz左右而电感在4.7～10μH，这些因素包括提供更好的电路设计，改进材料，完善制造技术，都能让开关频率保持在1MHz以下。
然而，内部电路的进一步细化使得开关频率已经高达3MHz，但同时电感值也低于了2.0H。据推算，6～8MHz的开关频率以及低于1H的电感值并不常见，这就导致了电感器小型化的戏剧性。
2、较高的开关频率
1-*电感器的发展趋势是小包装，低电感和更快的开关频率。例如拥有300kHz开关频率但面积只有16或36mm2的电感器将被广泛使用。使用一个9mm2大小的电感器能将开关频率提高为1.5MHz，这表明在增加开关频率的同时也在相应地减小尺寸。未来要提供更精细电感器的关键在于部件制造商是否有能力通过在电路设计、材料和制造等方面的不断进步来降低电感和提高开关频率。
手机用电感器技术的进步已经在包装厚度上显现了出来，例如，从2mm到1mm。该技术的显著改善让靠超薄元件支持器件的微型化趋势持续吸引着全球电子产品消费市场。即便如此，单纯靠使用较小的电感器也不是一个完善的解决方案。
3、绕线改善
规模较小的便携式设备需要更紧凑的更高效率的DC/DC转换器，靠这些补充设备的强大功能来最大限度的完善电池能量。尽管大的元件难以同时缩减电感尺寸和保持较低阻抗，厂商们依然在通过更好的设计，改进材料科学，提高制造技术来减少电感器尺寸。
功率电感功率耗损的估算
若以(图五)显示简单电路来描述电感器的耗损，其中RC代表磁芯耗损，RAC与RDC分别代表交流与直流绕线耗损，RC可以透过磁芯耗损的估算取得，RAC与RDC则分别为：因表面效应与近接效应所引起的直流绕线电阻与交流电阻。
(图五) 功率电感的等效耗损模型示意图
内文:若以交换式电源控制器来架构此耗损模型范例，设定输入电压（VIN）为12V，输出电压（VOUT）为5V、且输出电流（IOUT）为2A的降压式转换器形式运作，并采4.7mH的电感，会带来621mA的电感电流涟波，相关磁芯耗损与磁通密度和频率的关系可参考(图四)，其中峰对峰磁通密度才是重要关键，它会依循大型迟滞回路中的小型迟滞回路路径变化，请参考图二中的内回路，峰对峰磁通密度则可以透过使用电感器资料规格书中所提供的方程式取得。另一方面，也可以使用电感器电压第二乘积除以绕线数以及绕线内磁芯的面积来取得。
在613高斯（Gauss）下的磁芯耗损大约为470mW，图五中的RC为电感器中造成磁芯功率耗损的等效并联电阻，这个电阻可以由电感器两端的RMS电压、以及磁芯功率耗损计算中取得。（作者任职于Maxim Integrated Procts；本文原载于零组件杂志）
据报道，近期由TDK株式会社推出的最新EPCOS(爱普科斯) B82476B1*M100系列的SMT功率电感器，其电流处理能力比旧型号提高10%。改进后的产品性能更加可靠，额定电流为0.33 A至7.5 A，电感范围为1.0 µH至1000 µH，典型直流电阻为6.0 mΩ至1.95 Ω。
该功率电感器符合AEC-Q200标准，适合工作温度范围-55 °C 至+150 °C，满足了以往汽车电子在应用使用方面等各种苛刻的要求。这类非屏蔽式元件带有基板，增强机械稳定性。产品封装尺寸为12.95 mm x 9.40 mm，插入高度为 5.08 mm。
这些大功率电感器的主要用途包括汽车电子应用中的直流-直流转换器以及要求较高的工业电子产品应用中的开关电源 (SMPS)。
主要应用
汽车电子应用中的直流-直流转换器
对温度范围和稳定性要求较高的开关电源
主要特点和效益
电流处理能力比旧型号提高10%
额定电流高达7.5 A
宽工作温度范围：-55 °C至+150 °C
符合AEC-Q200标准
符合RoHS标准并满足JEDEC J-STD020D的无铅焊接要求
电感器宽电感范围：1.0 µH 至1000 µH
