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来自工程师的声音

最适合开关电源的电容器与电感

各种功率电感的特征

电感篇 -其2-

关键词
  • 电感
  • 功率电感
  • 卷线开磁路
  • 卷线闭磁路
  • 叠层
  • 鼓套
  • 非屏蔽
  • 电感饱和特性

-继电感的基础知识之后,请介绍一下被称为“功率电感”的电感有几种。

电感的种类、结构都非常多样。其中,功率电感有卷线开磁路型、卷线闭磁路型、叠层型。它们的特征汇总如下表。“×”请理解为“说不上好”的程度。此外,优劣是在这些类型中的相对比较示意图。其中,开磁路型的DC损耗Rdc较大,最近不怎么用于电源应用,因此下面仅就闭磁路型与叠层型进行介绍。

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介绍2种绕线闭磁路型电感。一种是“鼓套结构”,另一种是“非屏蔽结构”。我们用下图来说明。

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鼓套结构是在铁芯上绕线,带套管的类型,具有气隙。铁芯材料铁氧体具有磁通饱和点。气隙用来漏磁,提高饱和点,调整直流叠加特性。

非屏蔽结构是最近流行的结构,在铁芯上绕线,将混有铁氧体粉或铁粉的树脂涂覆在周围用以制作闭磁路。但是,因同样的原因而需要气隙。在这种情况下,包围磁性体的树脂起到气隙的作用。

-为什么非屏蔽结构会流行?

先放下“流行”这种表达不说,非屏蔽结构具有几个优点。如名称所示不使用套管,因此只要铁芯尺寸相同即可小型化。另外一个重要优点是,饱和特性比鼓套型要缓和。我想大家都知道,铁氧体的饱和特性比较急剧。一旦超过饱和点,电感值急剧下降,因此在电源设计时这也是电感相关的注意事项。鼓套结构设置的气隙带来的饱和点是一点,一旦超过这点,就变为依赖铁氧体材料的饱和特性。也就是说,基本上是剧烈的。而非屏蔽结构,到混合于树脂的磁性体(粉)的间隙多样,因此饱和点混杂,使饱和较为缓和平稳。上图右侧就是相关示意图。这是受电源电路欢迎的特性。

-也就是说非屏蔽结构具有小型、饱和特性平稳的优势。

的确如此,但也有弱点,或者说是应该注意的要点。简单地说,没有套管,仅通过磁性体树脂涂覆卷线,因此可能受外部压力或应力影响而开裂。针对这一点,我公司的产品采取对策,将以往的树脂变更为硬度更高的树脂,从而提高了强度。

此外,树脂与铁芯是不同材料的组合,线膨胀系数不同,因此可能发生开裂。针对这个问题,通过使树脂的线膨胀系数尽量接近铁氧体来解决。

事实上采取这些对策大幅提高了强度,但不同制造商的提高程度是有差异的。

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-接下来请您介绍一下叠层型功率电感。

实际上,叠层结构的功率电感在过去被认为是不可能的产品。稍微流过一点电流就会瞬间饱和,还有发热相关的课题。此外,获得大电感值也曾经是难题。

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其发展过程是,为了改善叠加特性,通过采取控制磁感线的环绕方向,使磁感线不集中的结构,以及制作气隙结构等来实现。此外,针对发热,实施加厚内部电极,降低电阻值等诸多改善,使叠层型电感可用于电源电路。

其特征是,与卷线结构相比可进一步小型化。电感值可达数µH左右,因此适用于兆赫兹频段的振荡频率较高的开关电源。移动设备的电源等就是其应用案例之一。

最适合开关电源的电容器与电感

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