作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-08-15

電感器是電壓轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵組件。由于它們的能量存儲(chǔ)和恢復(fù)作用，它們幾乎出現(xiàn)在每個(gè)調(diào)節(jié)功率的電路中。隨著應(yīng)用趨向于更小、更緊湊的設(shè)計(jì)，而這些設(shè)計(jì)必須越來(lái)越節(jié)能，設(shè)計(jì)人員需要更加挑剔地選擇電感器，以適應(yīng)這些趨勢(shì)，同時(shí)處理更高的電流。

降低功率損耗和提高效率在很大程度上取決于電感器的設(shè)計(jì)和磁芯材料。例如，使用微型模制電感器可以減少電感器體積，同時(shí)帶來(lái)更傳統(tǒng)電感器的所有優(yōu)點(diǎn)，以及更好的電磁干擾 (EMI) 屏蔽、更高的功率密度和更低的磁芯損耗。

本文簡(jiǎn)單介紹一下電感器和電感。然后介紹[Abracon LLC]的微型模制電感器并討論其選擇和應(yīng)用。

電感器及電感

電感器是兩端無(wú)源元件，以磁場(chǎng)的形式存儲(chǔ)和回收能量。它們通常采用纏繞在線圈上的絕緣線的形式。施加到電感器的電流在線圈內(nèi)產(chǎn)生與該電流成比例的磁場(chǎng)。如果施加的電流發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，從而在導(dǎo)體中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì) (EMF)。感應(yīng)電壓的極性與產(chǎn)生感應(yīng)電壓的電流變化相反。電感器的特征在于其電感，即感應(yīng)電壓與電流變化率的比值。亨利 (H) 是電感的單位，可以通過創(chuàng)建更多匝數(shù)的線圈、構(gòu)建更大的橫截面、減少線圈長(zhǎng)度或使用具有更高磁導(dǎo)率材料的磁芯來(lái)增加電感（圖 1）。

圖 1：所示為決定線圈電感的因素。 （圖片來(lái)源：Abracon）

磁導(dǎo)率是一種磁特性，具有較高磁導(dǎo)率的磁芯材料會(huì)產(chǎn)生較高的磁通量密度，從而可以存儲(chǔ)更多的能量。因此，電感量也與電感器磁芯材料的磁導(dǎo)率成正比。高導(dǎo)磁磁芯可以在不降低電感值的情況下減小電感器的尺寸和重量，從而實(shí)現(xiàn)更小、更輕的整體封裝。

磁芯材料包括空氣、鐵、鋼、鐵粉、金屬粉末、陶瓷和鐵氧體。鐵氧體是與粉末狀氧化鐵和/或其他粉末狀金屬相結(jié)合的陶瓷材料，以提供具有高磁導(dǎo)率的磁芯材料。磁粉芯使用粉末狀磁性金屬與粘合劑和涂層混合。金屬、粘合劑的選擇，甚至混合物中氣泡的含量都決定了所得芯材的滲透性。

電感規(guī)格

電源應(yīng)用中使用的電感器的關(guān)鍵規(guī)格是電感、直流電阻 (DCR)、飽和電流、溫升電流、額定電流、自諧振頻率 (SRF) 和品質(zhì)因數(shù) (Q)。

DCR，有時(shí)稱為線損，是直流電源電感器的測(cè)量電阻。由于導(dǎo)線的長(zhǎng)度和橫截面積，DCR 與電感成比例變化。功率電感器的 DCR 通常為數(shù)十毫歐 (mΩ)，以確保低傳導(dǎo)損耗。在大多數(shù)情況下，DCR 被指定為最大額定值。

隨著通過電感器的電流增加，磁場(chǎng)也成比例增加，直至達(dá)到飽和；此時(shí)，滲透性開始下降。電流增加超過該點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致電感下降。飽和電流是電阻下降特定量的標(biāo)稱電感時(shí)的電流。功率電感器通常使用降低10%至30%作為規(guī)格限值。

溫升電流被指定為電感器外殼溫度增加 40°C 時(shí)的 DC 電平。

額定電流被指定為飽和電流或溫升電流的較低值，允許電感器在兩個(gè)限制中的較小者以下運(yùn)行。

SRF是電感器寄生電容的電抗等于電抗時(shí)的頻率。此時(shí)，電感器作為并聯(lián)諧振電路工作。凈電抗為零，阻抗極高并且完全是電阻性的。在電源應(yīng)用中，電感器通常在低于其 SRF 的情況下運(yùn)行。

電感器的 Q 是其效率的衡量標(biāo)準(zhǔn)，是給定頻率下其感抗與其電阻的比率。 Q 值越高意味著損耗越低，并且電感器的行為越接近理想電感器的行為。

模壓功率電感器

模制功率電感器是使用模制技術(shù)包圍和封裝電感器線圈的表面貼裝器件 (SMD)。與傳統(tǒng)的繞線電感器不同，模制電感器的磁粉材料被壓入圍繞導(dǎo)體的線圈的模具中。模塑料（通常是粉末金屬和粘合劑）決定了電感器磁芯的磁導(dǎo)率。粉末金屬填充物提供比鐵氧體填充物更柔和的飽和響應(yīng)。它還提供高效的磁屏蔽，從而實(shí)現(xiàn)低磁通泄漏。模制電感器是一種適合惡劣環(huán)境的堅(jiān)固元件，可防止潮濕、灰塵、沖擊和振動(dòng)。模制電感器不會(huì)發(fā)出噪音，因?yàn)樗鼪]有疊片鐵芯。簡(jiǎn)單的，一體式結(jié)構(gòu)具有出色的機(jī)械穩(wěn)定性，并且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。

Abracon 的迷你模制電感器在尺寸小于 3 毫米 (mm) 的小型封裝中提供了模制電感器的所有優(yōu)點(diǎn)。除了尺寸緊湊之外，微型模制電感器還具有高功率密度、低磁芯和傳導(dǎo)損耗以及出色的 EMI 屏蔽性能。

AOTA [-B1412 和 AOTA-B2012]系列微型模制電感器的電感范圍為 0.11 至 2.2 微亨 (μH)，封裝尺寸為 1.4 x 1.2 毫米（0.055 x 0.047 英寸 (in.)）至 2.0 x 1.2 毫米（0.079 x 0.047 英寸），最大高度低至 0.65 毫米（0.026 英寸）。這些電感器可處理 1.9 至 6.4 安培 (A) 的額定電流，額定工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C。

AOTA-B2012 系列的一個(gè)示例是 Abracon [AOTA-B201208SR11MT]，這是一款 0.11 μH SMD 微型模制電感器，額定電流為 5.6 A，飽和電流為 10 A（圖 2）。它的 DCR 為 13 mΩ，SRF 為 185 兆赫 (MHz)。它安裝在 2.0 mm x 1.2 mm (0.079" x 0.047") 封裝中，安裝高度為 0.8 mm (0.031")。

圖 2：AOTA-B201208SR11MT 是一款典型的 Abracon 微型模制電感器，采用 3 mm 以下 SMD 封裝，可防止潮濕、灰塵、沖擊和振動(dòng)等環(huán)境因素的影響。 （圖片來(lái)源：Abracon）

[AOTA-B201208S2R2MT]處于 Abracon AOTA-B2012 系列的較高電感范圍，其電感為 2.2 μH，額定電流為 1.8 A，DCR 為 130 mΩ，SRF 為 42 MHz。較高的電感需要更多的匝數(shù)，與 AOTA-B201208SR11MT 相比，這會(huì)增加 DCR 并降低額定電流和 SRF。封裝尺寸與 AOTA-B201208SR11MT 相同，均為 2.00 mm x 1.20 mm (0.079" x 0.047")，高度為 0.8 mm (0.031")。

Abracon AOTA-B1412 系列的示例包括 AOTA [-B141206SR33MT]和[AOTA-B141206SR47MT]。這些微型模制電感器具有最小的封裝，尺寸為 1.4 mm x 1.2 mm (0.055" x 0.047")，封裝高度僅為 0.65 mm (0.026")。AOTA-B141206SR33MT 的電感為 0.33 μH，額定電流AOTA-B141206SR47MT 的電感為 0.47 μH，額定電流為 2.9 A，DCR 為 32 mΩ，SRF 為 115 MHz。

小型模制電感器的應(yīng)用

盡管尺寸較小，Abracon 迷你模制電感器可處理大量功率，且磁芯和傳導(dǎo)損耗較低，同時(shí)提供卓越的 EMI 屏蔽。這些特性使它們成為滿足對(duì)更小尺寸電源轉(zhuǎn)換器前所未有的需求的理想選擇。

這些組件的典型應(yīng)用包括電源去耦、濾波和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（圖 3）。

圖 3：典型的 Abracon 微型模制電感器應(yīng)用包括電源去耦、濾波和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。 （圖片來(lái)源：Art Pini）

將集成電路與電源總線去耦，利用電感器的頻率可變阻抗與電容器的互補(bǔ)阻抗特性相結(jié)合來(lái)衰減高頻信號(hào)和噪聲，將它們與集成電路電源輸入隔離。低DCR和高SRF是重要的電感特性。

濾波器控制信號(hào)路徑的頻率響應(yīng)，可以配置為低、高、帶通或帶阻。電感電容 (LC) 濾波器為不需要有源器件的低功率器件提供無(wú)源頻率選擇響應(yīng)。

電感器是 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中的主要儲(chǔ)能元件。它們?cè)陂_關(guān)閉合時(shí)儲(chǔ)存能量，并在開關(guān)打開時(shí)恢復(fù)能量。

結(jié)論

Abracon 迷你模制電感器在小于 3 mm 的緊湊封裝中提供了模制電感器的優(yōu)點(diǎn)。盡管尺寸較小，但它們可以以較低的磁芯和傳導(dǎo)損耗處理較高的功率水平，從而確保小型電子設(shè)備具有出色的電源完整性。

審核編輯 黃宇