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《日科干货》什么是功率电感

日期: 2018-10-26
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功率,我们在日常生活、工作中都经常用到,但不知道大家对“功率电感”是否知道呢?

一般电子线路中的电感是空心线圈,或带有磁芯的线圈,只能通过较小的电流,承受较低的电压;而功率电感也有空心线圈的,也有带磁芯的,主要特点是用粗导线绕制,可承受数十安,数百,数千,甚至于数万安。

功率电感是分带磁罩和不带磁罩两种,主要由磁芯和铜线组成。 在电路中主要起滤波和振荡作用。

一种由迈翔科技开发的一体成型大电流电感器,可替代磁环线圈。

其生产工艺从最初的轨道油压式全部改为滑板油压式。产品合格率已控在92%.贴片功率电感,使用铁粉芯,它们供应更好温度稳定性并且相对于其他可选磁芯成本更低。贴片电感的外形能在必要时供应灵活性与可变性,但是成本更高。高磁通磁环通常见于滤波电感而不是电源变换电路。另一种性能折衷能在电感电流,电感电压(引脚14到引脚16)与输出电压纹波典型波形中看到。运用电感量较小fdv0620-0.47μh电感产生较高峰值电流,输出电压纹波低于18mv峰峰值。

贴片电感产生纹波峰峰值刚超过12mv。峰值电流对输出电容充电并且供应负载电流。在电容上会流入与流出较大电流,这将产生较高输出电压纹波。贴片电感多用于电源滤波回路, 电感是储能元件侧重,于抑止传导性干扰;贴片电感在电子设备的 PCB 板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件。在谐振电路中,电感必须具 有高Q,窄的电感偏差,稳定的温度系数,才能达到谐振电路窄带,低的频率温度漂移 的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。

特点


一般电子线路中的电感是空心线圈,或带有磁芯的线圈,只能通过较小的电流,承受较低的电压,而功率电感也有空心线圈的,也有带磁芯的,主要特点是用粗导线绕制,可承受数十安,数百,数千,甚至于数万安。

作用


(1)阻流作用:线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化相对抗。主要可分为高频阻流线圈及低频阻流线圈。

(2)调谐与选频作用:电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等,则回路的感抗与容抗也相等,于是电磁能量就在电感、电容之间来回振荡,这就是LC回路的谐振现象。谐振时由于电路的感抗与容抗等值又反向,因此回路总电流的感抗最小,电流量最大(指f=f0的交流信号),所以LC谐振电路具有选择频率的作用,能将某一频率f的交流信号选择出来。

发展趋势

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,现在需要更多的是功率电感器。将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。

近期,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-A级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,从两三年前2mm到现在的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。

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