功率電感的選型因素
1)電感的電氣特性,主要飽和特性,溫升特性,頻率特性等;
2)電感的機械特性,主要尺寸限制,貼裝方式,機械要求等;
3)電感的使用環(huán)境,電氣條件裕量,環(huán)境溫濕度,酸堿度等;
4)電感的性價比(品質(zhì),品牌,技術(shù)支持,服務(wù),付款條件等);
5)電感的新型研發(fā),深度定制和快捷樣品反饋以及批產(chǎn)能力;
功率電感
功率電感的選型因素很多,許多設(shè)計人員或者采購人員而言,在滿足主要考量因素的情況下,盡可能的平衡其他因素:
1、成本因素,磁芯可選用廉價的鐵粉心。選擇廉價的電感產(chǎn)品,就要承擔起品質(zhì)和服務(wù)的風險
2、產(chǎn)品的溫度特性有嚴格要求,可能需要成本昂貴的MPP磁芯或者羰基鐵粉心等。
電路是由電線和電子元器件組成的,不同的線路所需求的貼片電感的參數(shù)都不盡相同,貼片電感的主要參數(shù)有電感量、允許偏差、分布電容、額定電流及品質(zhì)因數(shù)等。
1. 電感量
電感量的大小,主要取決于電感線圈的圈數(shù)(匝數(shù)),繞制方式,有無磁心及磁心的材料等決定。通常情況下,線圈圈數(shù)越多,繞制的線圈越密集,電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈的電感量大。磁心導(dǎo)磁率越大,電感量也就越大。所以電感量是有很多因素來決定它的大小。電感量的基本單位是亨利(簡稱亨),用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨(mH)和微亨(μH),它們之間的關(guān)系是:1H=1000mH;1mH=1000μH
2.允許偏差
標注的感量與實際感量的允許誤差值。一般用于振蕩或濾波線路中的貼片電感要求精度較高,允許偏差為±0.2%~±0.5%;而用于耦合或高頻阻流的精度要求不高,允許偏差為±10%~15%。
3.分布電容
線圈的匝與匝之間、線圈與磁心之間存在的電容。分布電容越小,其穩(wěn)定性越好。
4.額定電流
貼片電感正常工作時允許通過的zui大電流值。若工作電流超過額定電流,則會燒毀。
5.品質(zhì)因數(shù)
也稱Q值或優(yōu)值,是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。他是指貼片電感在某一頻率的交流電壓下工作時,所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。Q值越高,損耗越小,效率越高。
功率電感發(fā)展趨勢
移動電話、相機、筆記本電腦的磁盤驅(qū)動器以及便攜式音頻播放器只是少數(shù)還在使用的傳統(tǒng)電子元件,現(xiàn)在需要更多的是功率電感器。將日益復(fù)雜的電路整合到更加狹小的電路板空間中的巨大的市場壓力導(dǎo)致了性能更佳的、極具競爭力的、更為精巧的終端元件的需求增大。
電路板上的大功率轉(zhuǎn)化終端元件的廣泛應(yīng)用也導(dǎo)致了高效率直流轉(zhuǎn)換器和更精細電感器需求的增加。為了適應(yīng)這一挑戰(zhàn),元件制造商都花重金在材料與制作上發(fā)展、生產(chǎn)和改善繞線和多層片式電感器,用具有相等或更好的性能的但也更加精細的設(shè)計來迎合市場的需要。
1、精細功率電感器在便攜式電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)器設(shè)計當中,面臨的zui大挑戰(zhàn)是,既要提高電源供應(yīng)器的工作效率還要減小它的尺寸,也就是說要設(shè)計在電力供應(yīng)設(shè)計中zui好使用zui小的電感器。解決此難題的辦法之一是,提高DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率,這是影響低電感和小尺寸元件的關(guān)鍵。由負荷波動引起的瞬態(tài)響應(yīng)較低的電感值是抵消了更好的。在這種情況下,伴隨著負載波動所引起的更快的瞬態(tài)響應(yīng),低電感值因高頻率而偏移。但是,有得必有失,提高開關(guān)頻率的同時也增加了開關(guān)損耗,這同樣會導(dǎo)致工作效率的降低。由于其他重要電路設(shè)計之間相互作用會影響器件性能這一特點,所以僅僅靠增加開關(guān)頻率并非易事。近期,開關(guān)頻率一直保持在500kHz左右而電感在4.7~10μH,這些因素包括提供更好的電路設(shè)計,改進材料,完善制造技術(shù),都能讓開關(guān)頻率保持在1MHz以下。然而,內(nèi)部電路的進一步細化使得開關(guān)頻率已經(jīng)高達3MHz,但同時電感值也低于了2.0H。據(jù)推算,6~8MHz的開關(guān)頻率以及低于1H的電感值并不常見,這就導(dǎo)致了電感器小型化的戲劇性。
2、較高的開關(guān)頻率1-A級電感器的發(fā)展趨勢是小包裝,低電感和更快的開關(guān)頻率。例如擁有300kHz開關(guān)頻率但面積只有16或36mm2的電感器將被廣泛使用。使用一個9mm2大小的電感器能將開關(guān)頻率提高為1.5MHz,這表明在增加開關(guān)頻率的同時也在相應(yīng)地減小尺寸。未來要提供更精細電感器的關(guān)鍵在于部件制造商是否有能力通過在電路設(shè)計、材料和制造等方面的不斷進步來降低電感和提高開關(guān)頻率。手機用電感器技術(shù)的進步已經(jīng)在包裝厚度上顯現(xiàn)了出來,例如,從兩三年前2mm到現(xiàn)在的1mm。該技術(shù)的顯著改善讓靠超薄元件支持器件的微型化趨勢持續(xù)吸引著全球電子產(chǎn)品消費市場。即便如此,單純靠使用較小的電感器也不是一個完善的解決方案。
3、繞線改善規(guī)模較小的便攜式設(shè)備需要更緊湊的更高效率的DC/DC轉(zhuǎn)換器,靠這些補充設(shè)備的強大功能來zui大限度的完善電池能量。盡管大的元件難以同時縮減電感尺寸和保持較低阻抗,廠商們依然在通過更好的設(shè)計,改進材料科學(xué),提高制造技術(shù)來減少電感器尺寸。盡管電感器是相當簡單的結(jié)構(gòu),但為了適應(yīng)市場微型化的不斷需求同時不降低性能,我們?nèi)杂性S多技術(shù)障礙需要克服。