風華貼片功率電感

功率電感發(fā)展趨勢

  移動電話、相機、筆記本電腦的磁盤驅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化終端元件的廣泛應用也導致了高效率直流轉換器和更精細電感器需求的增加。為了適應這一挑戰(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)品的電源供應器設計當中，面臨的zui大挑戰(zhàn)是，既要提高電源供應器的工作效率還要減小它的尺寸，也就是說要設計在電力供應設計中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轉換器的開關頻率，這是影響低電感和小尺寸元件的關鍵。由負荷波動引起的瞬態(tài)響應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，低電感值因高頻率而偏移。但是，有得必有失，提高開關頻率的同時也增加了開關損耗，這同樣會導致工作效率的降低。由于其他重要電路設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頻率并非易事。近期，開關頻率一直保持在500kHz左右而電感在4.7～10μH，這些因素包括提供更好的電路設計，改進材料，完善制造技術，都能讓開關頻率保持在1MHz以下。然而，內部電路的進一步細化使得開關頻率已經(jīng)高達3MHz，但同時電感值也低于了2.0H。據(jù)推算，6～8MHz的開關頻率以及低于1H的電感值并不常見，這就導致了電感器小型化的戲劇性。

  2、較高的開關頻率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頻率。例如擁有300kHz開關頻率但面積只有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頻率提高為1.5MHz，這表明在增加開關頻率的同時也在相應地減小尺寸。未來要提供更精細電感器的關鍵在于部件制造商是否有能力通過在電路設計、材料和制造等方面的不斷進步來降低電感和提高開關頻率。手機用電感器技術的進步已經(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)模較小的便攜式設備需要更緊湊的更高效率的DC/DC轉換器，靠這些補充設備的強大功能來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計，改進材料科學，提高制造技術來減少電感器尺寸。盡管電感器是相當簡單的結構，但為了適應市場微型化的不斷需求同時不降低性能，我們仍有許多技術障礙需要克服。

電感是儲能元件，多用于電源濾波回路、LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過50MHz。對電感而言，它的感抗是和頻率成正比的。這可 以由公式：XL = 2πfL 來說明，其中XL是感抗（單位是Ω）。例如：一個理想的10mH電感，在10 kHz時，感抗是628Ω；在100 MHz時，增加到6.2MΩ。因此在100MHz 時，此電感可以視為開路（open circuit）。在100MHz時，若讓一個訊號通過此電感，將會造成此訊號品質的下降。

磁珠（ferrite bead）的材料是鐵鎂或鐵鎳合金，這些材料具有有很高的電阻率和磁導率，在高頻率和高阻抗下，電感內線圈之間的電容值會 zui 小。磁珠通常只適用于高頻電 路，因為在低頻時，它們基本上是保有電感的完整特性（包含有電阻和抗性分量），因此會造成線路上的些微損失。而在高頻時，它基本上只具有抗性分量 （jωL），并且抗性分量會隨著頻率上升而增加。象一些RF 電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路（DDR,SDRAM,RAMBUS 等）都需要在電源輸入部分加磁珠。實際上，磁珠是射頻能量的高頻衰減器。其實，可以將磁珠視為一個電阻并聯(lián)一個電感。在低頻時，電阻被電感「短路」，電流 流往電感；在高頻時，電感的高感抗迫使電流流向電阻。本質上，磁珠是一種「耗散裝置（dissipative device）」，它會將高頻能量轉換成熱能。因此，在效能上，它只能被當成電阻來解釋，而不是電感。

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