前面我們講了電感的基本特性對(duì)電源特性有怎樣的影響，此次介紹隨著電源的發(fā)展金屬電感的使用日益增加的情況、以及包括材料在內(nèi)的金屬電感的特征。這與針對(duì)近年來的小型化要求，開關(guān)頻率高的電源需求增加密切相關(guān)。

－的確，為實(shí)現(xiàn)小型化，提高電源電路的開關(guān)頻率，使用電感值小的電感、即尺寸小的電感的案例增加了。

我想大家都知道，IC隨著工藝的微細(xì)化發(fā)展，電源電壓也越來越低，而電源電流日益增大，也被表述為“低電壓大電流化”。關(guān)于電感，要流過大電流，需要電感值小，作為電源電路，要以小的電感值工作，需要開關(guān)頻率高。而原本被認(rèn)為特性上很難實(shí)現(xiàn)大電感值的金屬電感，只要在電感值小的條件下，在特性和尺寸兩方面均具優(yōu)勢(shì)。下圖是IC的電源電壓變化示意圖，以及鐵氧體電感和金屬電感對(duì)開關(guān)頻率/電感值/電流的覆蓋范圍示意圖。

－鐵氧體電感中也有電感值小的產(chǎn)品，那金屬電感的優(yōu)勢(shì)在哪里？

那么我最先介紹一下鐵氧體電感與金屬電感的區(qū)別。

首先，金屬的磁導(dǎo)率μ低，因此是電感值很難提高的材料。然而，飽和磁通密度高，即直流疊加容許電流高，飽和也非常平緩。因此，如果直流疊加容許電流相同，則可比鐵氧體的尺寸小。此外，還具有電感值對(duì)溫度幾乎無變化的特性。關(guān)于絕緣（隔離）也有注意事項(xiàng)，稍后將進(jìn)行說明。頻率特性最近已經(jīng)顯著改善，支持高頻率。最后，材料費(fèi)是△標(biāo)記，可能也與最近需求高漲有關(guān)，已經(jīng)越來越水漲船高了。

作為很大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，金屬材料的飽和磁通密度高，因此可實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異疊加特性的電感。而要有效利用這一優(yōu)點(diǎn)，需要改善磁導(dǎo)率μ低、電感值不易提高這一點(diǎn)。

－實(shí)際上已經(jīng)有所改善了吧？

那么我要用ROHM產(chǎn)品來進(jìn)行說明了。我公司針對(duì)一般的金屬復(fù)合材料，開發(fā)出稱為“金屬磁性壓粉材料”的獨(dú)有材料。我公司的金屬磁性壓粉材料與以往的金屬復(fù)合材料相比，是具有更高的磁導(dǎo)率μ，具有更高的絕緣性能的材料。MCOIL?除采用金屬磁性壓粉材料外，還融入我公司的獨(dú)自技術(shù)，是具有實(shí)用性電感值與優(yōu)異疊加特性的金屬電感。

－您提到這種獨(dú)有材料具有優(yōu)異的絕緣性能，這與剛才提到的“關(guān)于絕緣（隔離）也有注意事項(xiàng)”有關(guān)系嗎？

因?yàn)橥遣牧舷嚓P(guān)內(nèi)容，所以請(qǐng)?jiān)试S我在此介紹一下。下圖為金屬復(fù)合型材料與MCOIL?的比較及改善點(diǎn)。

金屬復(fù)合型鐵粉通過鐵粉間的有機(jī)樹脂絕緣。而MCOIL?的鐵粉間由無機(jī)氧化膜覆蓋，相互絕緣。

金屬復(fù)合型的絕緣樹脂尤其在高溫下容易劣化，絕緣性能也隨之惡化。于是Q劣化，損耗顯著增加。鐵粉內(nèi)產(chǎn)生的渦流成為損耗，鐵粉直徑變大則渦流也增大，損耗也增加。此時(shí)，因樹脂劣化而導(dǎo)致鐵粉間的絕緣劣化，一些鐵粉成為一個(gè)塊，就是產(chǎn)生較大渦流的原因。

覆蓋MCOIL?鐵粉的氧化膜與有機(jī)樹脂不同，是暴露于高溫下也幾乎不會(huì)產(chǎn)生劣化的材料。因此，金屬電感的課題之一即絕緣性能劣化、也就是最終的Q劣化得以大幅改善。此外，使用這種氧化膜的方法與磁導(dǎo)率μ的提升也息息相關(guān)。

－具體有哪些特性不同呢？

請(qǐng)看試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這是MCOIL?與其他公司的金屬復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)型（STD）和高Q型材料在實(shí)施125℃與150℃的高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)后的結(jié)果，是按絕緣電阻、電感值、Q變化相對(duì)試驗(yàn)時(shí)間繪制的。

左上圖表示絕緣電阻的變化。初始值（0小時(shí)）請(qǐng)看作是個(gè)體的波動(dòng)，其他圖也相同。從圖中可以確認(rèn)，在經(jīng)過500小時(shí)后的時(shí)間點(diǎn)，金屬復(fù)合型在125℃試驗(yàn)中劣化到約百分之一、在150℃試驗(yàn)中劣化到萬分之五以下，劣化明顯。而MCOIL?幾乎沒有劣化。

右上圖為電感值，金屬復(fù)合型可見輕微劣化趨勢(shì)，而MCOIL?則非常穩(wěn)定。

左下圖為Q的變化。從圖中可見，金屬復(fù)合型在125℃條件下劣化較緩和，但在150℃條件下隨時(shí)間推移劣化越來越嚴(yán)重。如前所述，呈現(xiàn)絕緣劣化、Q也劣化的結(jié)果。

總之，可以明確的是，溫度越高，影響越大。這是高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)，因此沒有自身發(fā)熱。然而在實(shí)際的電路中，除環(huán)境溫度影響外，自身發(fā)熱也是導(dǎo)致劣化的重大要因。這些電感劣化對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器特性產(chǎn)生怎樣的影響呢，來看效率比較數(shù)據(jù)。

該圖是將實(shí)施150℃/500小時(shí)高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)前的試料與實(shí)施后的試料裝入實(shí)際的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路，測(cè)量效率的結(jié)果。實(shí)線是試驗(yàn)前的數(shù)據(jù)，因初始值的不同而效率有所差異，不過每種類型都發(fā)揮了相應(yīng)的作用。橘黃色的金屬復(fù)合型為Q較高的類型，因此損耗少效率高。順便提一下，輸入輸出條件是高降壓比、相對(duì)嚴(yán)苛的條件。其他的確認(rèn)事項(xiàng)還有Iout為2A時(shí)的電感表面溫度。

虛線表示使用150℃/500小時(shí)高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)后的電感的結(jié)果。MCOIL?可見些許效率降低，但毫無疑問可以實(shí)現(xiàn)2A的輸出。兩種金屬復(fù)合型，藍(lán)色STD品的表面溫度在1A的時(shí)間點(diǎn)與試驗(yàn)前2A時(shí)相同，橘黃色Hi-Q品在1A的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生破損。均如前所述，因Q劣化而效率下降，導(dǎo)致電感發(fā)熱增加，進(jìn)而助長Q和可靠性的劣化。

－通過這樣的改善，金屬電感的優(yōu)異特征部分可以用在電源電路中了。那接下來，稍微回到前面的話題，請(qǐng)您詳細(xì)介紹一下與鐵氧體的區(qū)別。

那我們邊看數(shù)據(jù)邊介紹。首先是直流疊加特性。

左邊是我公司鐵氧體材料的電感數(shù)據(jù)。這是以前提到過的使用磁性樹脂的非屏蔽電感，是飽和特性比較緩和的類型。右邊是前面介紹過的金屬材料的MCOIL?。兩者均可流過超過5A的直流疊加電流，鐵氧體材料的電感值緩和下降，金屬材料的如前所述，電感下降非常緩和。在特性比較中，可以說幾乎相同。

我想通過該數(shù)據(jù)說明的是，要得到同等的直流疊加特性，在該例中相對(duì)于鐵氧體的6×6mm尺寸，金屬電感僅需4×4mm尺寸即可。面積比較結(jié)果則金屬電感僅44%（一半以下），當(dāng)然還可以降低高度。也就是說，有助于實(shí)現(xiàn)此次的關(guān)鍵詞之一即小型化。

接下來是直流疊加的溫度特性數(shù)據(jù)。鐵氧體這邊隨著溫度升高，電感值下降的坡度越來越陡。而金屬這邊無論溫度怎樣，直流疊加特性幾乎不變，可以說是對(duì)溫度變化具有很穩(wěn)定的特性。

鐵氧體隨著溫度升高而易于飽和，因此需要考慮實(shí)際使用時(shí)的溫度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。而金屬雖然電感值會(huì)因DC偏置電流的增加而減少，但設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)于飽和幾乎無需考慮溫度的影響，這是很重要的要點(diǎn)。

最后，我們來看標(biāo)稱電感值與直流疊加飽和電流和溫度上升容許電流的關(guān)系圖。

這是前面提到可獲得幾乎相同的直流疊加特性的尺寸的電感比較例，到標(biāo)稱電感值5μH左右之前，鐵氧體和金屬幾乎相同，然而如紅色虛線所示，金屬型當(dāng)電感值提高時(shí)，直流疊加飽和電流比鐵氧體小。換句話說，當(dāng)電感值高時(shí)，鐵氧體的特性更具優(yōu)勢(shì)。這在右側(cè)的溫度上升容許電流也是同樣的。

那么需要說明一下金屬型的5μH以上并非用點(diǎn)而是用虛線繪制的原因。這是因?yàn)?，?shí)際上我公司擁有的金屬型為4.7μH以下，未生產(chǎn)更高電感值的金屬型產(chǎn)品。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)情況是，比這更高電感值時(shí)鐵氧體更具優(yōu)勢(shì)。

前面也提到過，金屬型的μ小，電感值很難提高。MCOIL?雖然通過材料的改善，實(shí)現(xiàn)了比金屬復(fù)合型更高的μ，然而還是不及鐵氧體。金屬型也可通過增加卷線來提高電感值，但會(huì)導(dǎo)致Rdc增加，發(fā)熱增加，因此并不現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)實(shí)情況是，4.7μH可能是享受金屬型好處的界限。

－這樣說來，對(duì)于您最先提到的負(fù)載的低電壓大電流化與小型化要求，電源端希望使用較小電感值的小型電感。因此，在致力于開關(guān)頻率高速化的情況下，可以說金屬電感正合適吧。

好好總結(jié)一下的確如此，這是為充分發(fā)揮金屬電感具備的優(yōu)良特性而進(jìn)行改善，面向高速開關(guān)電源市場(chǎng)的做法。此次也是為了讓更多人了解現(xiàn)在的金屬電感是對(duì)高速開關(guān)電源的優(yōu)異解決方案。

審核編輯：湯梓紅