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功率電感發(fā)展趨勢(shì)

  移動(dòng)電話、相機(jī)、筆記本電腦的磁盤驅(qū)動(dòng)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(chǎng)壓力導(dǎo)致了性能更佳的、極具競(jìng)爭(zhēng)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(xì)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(xì)的設(shè)計(jì)來迎合市場(chǎng)的需要。

  1、精細(xì)功率電感器在便攜式電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)當(dāng)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(jì)在電力供應(yīng)設(shè)計(jì)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(fù)荷波動(dòng)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(fù)載波動(dòng)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(shí)也增加了開關(guān)損耗，這同樣會(huì)導(dǎo)致工作效率的降低。由于其他重要電路設(shè)計(jì)之間相互作用會(huì)影響器件性能這一特點(diǎn)，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(jì)，改進(jìn)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(jìn)一步細(xì)化使得開關(guān)頻率已經(jīng)高達(dá)3MHz，但同時(shí)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(jí)電感器的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)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(shí)也在相應(yīng)地減小尺寸。未來要提供更精細(xì)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(jì)、材料和制造等方面的不斷進(jìn)步來降低電感和提高開關(guān)頻率。手機(jī)用電感器技術(shù)的進(jìn)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(shì)持續(xù)吸引著全球電子產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)。即便如此，單純靠使用較小的電感器也不是一個(gè)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(bǔ)充設(shè)備的強(qiáng)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(shí)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(jì)，改進(jìn)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(dāng)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但為了適應(yīng)市場(chǎng)微型化的不斷需求同時(shí)不降低性能，我們?nèi)杂性S多技術(shù)障礙需要克服。

積層電感的特征介紹

積層電感不用繞線，而是采用微米級(jí)鐵氧體薄片進(jìn)行疊層，每個(gè)磁性層有印刷的導(dǎo)體圖案和孔，孔中填充導(dǎo)體材料，從而把上層圖案和下層圖連結(jié)起來，經(jīng)過加壓，燒結(jié)，形成一體化的多層電感器，這類片式電感器制作工藝，更適合尺寸微小型化，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；笊a(chǎn)，適合高頻產(chǎn)品應(yīng)用。完整的端電極結(jié)構(gòu)，允許 zui 大電流為6.0A，積層電感在較寬的頻率范圍內(nèi)有高阻抗及EMI抑制效果，積層電感適合于回流焊和波峰焊。積層電感專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，積層電感還具有吸收靜電脈沖的能力。

  積層電感的特點(diǎn)：將電感范圍系旬化為1－－33nH；采用Gigaspira積層結(jié)構(gòu)后，實(shí)現(xiàn)了比MLG結(jié)構(gòu)更高的自我共振頻率，還能抑制GHz頻段的Q的降低；是將高頻用陶瓷材料和導(dǎo)電體材料積層，燒制而成的完全單片式結(jié)構(gòu)；沒有方向性。

 在電子設(shè)備的 PCB 板電路中會(huì)大量使用感性元件和EMI濾波器元件。這些元件包括貼片電感和貼片磁珠，以下就這兩種器件的特點(diǎn)進(jìn)行描述并分析他們的普通應(yīng)用場(chǎng)合以及特殊應(yīng)用場(chǎng)合。表面貼裝元件的好處在于小的封裝尺寸和能夠滿足實(shí)際空間的要求。除了阻抗值，載流能力以及其他類似物理特性不同外，通孔接插件和表面貼裝器件的其他性能特點(diǎn)基本相同。在需要使用貼片電感的場(chǎng)合，要求電感實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)基本功能：電路諧振和扼流電抗。諧 振電路包括諧振發(fā)生電路，振蕩電路，時(shí)鐘電路，脈沖電路，波形發(fā)生電路等等。諧振電路還包括高Q帶通濾波器電路。

 要使電路產(chǎn)生諧振，必須有電容和電感同時(shí)存在于電路中。在電感的兩端存在寄生電容，這是由于器件兩個(gè)電極之間的鐵氧體本體相當(dāng)于電容介質(zhì)而產(chǎn)生的。在諧振電路中，電感必須具有高Q，窄的電感偏差，穩(wěn)定的溫度系數(shù)，才能達(dá)到諧振電路窄帶，低的頻率溫度漂移的要求。高Q電路具有尖銳的諧振峰值。窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩(wěn)定的溫度系數(shù)保證諧振頻率具有穩(wěn)定的溫度變化特性。標(biāo)準(zhǔn)的徑向引出電感和軸向引出電感以及貼片電感的差異僅僅在于封裝不一樣。

 電感結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)材料(通常為氧化鋁陶瓷材料)上繞制線圈，或者空心線圈以及鐵磁性材料上繞制線圈。在功率應(yīng)用場(chǎng)合，作為扼流圈使用時(shí)，電感的主要參數(shù)是直流電阻(DCR),額定電流，和低Q值。當(dāng)作為濾波器使用時(shí)，希望寬的帶寬特性，因此，并不需要電感的高Q特性。低的DCR可以保證zui小的電壓降，DCR定義為元件在沒有交流信號(hào)下的直流電阻。