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模压功率电感器带来了哪些高效率,紧凑的设计?
2019年12月06日    阅读量:1013     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

现代硬件应用趋向于具有高能效的紧凑设计。被动设备没有像微控制器的许多睡眠和关机状态那样引起人们的关注。但是,可用效率的每下降都会加起来并有所作为中国机械网okmao.com。使用合适的电感器可以提高电源效率。


功率电感器是许多设计中必不可少的组件,其中包括DC-DC转换器,负载点(POL)电源模块,现场可编程门阵列(FPGA)和电池供电的稳压器。降低功率损耗在很大程度上取决于电感器的芯材。物理包装的尺寸通常也很关键。随着器件尺寸的减小和电流的增加,设计变得更加困难。

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图1:电感器通过电流和磁通量之间的关系存储能量。未屏蔽的电感器会将相邻的设备暴露在磁通中,这可能会在相邻的走线或设备中引起有害的涡流。电感器的磁芯具有南北磁极。图片:Vishay)


电感器通过将电能转换为以亨利(H)为单位的磁场来存储能量。当电流流经绕组时,电感线圈会产生磁场(图1)。电感器存储能量的能力受许多参数影响。线圈中的匝数越多,电感值就越大(即,亨里数越多)。电感值越大,可以存储的能量越多。在线圈芯内插入磁性材料会增加感应器磁场的强度。


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图2:可以通过增加线圈中的导线匝数(n),使用具有高磁导率的材料制成的磁芯来创建横截面更大的磁芯,以及增加磁芯的长度来增加电感。核心。图片:KEMET)


通过使用高导磁率的磁芯材料制作具有较大横截面的磁芯,并在一定程度上通过增加磁芯的长度,还可以增加电感。磁导率是磁特性。具有较高磁导率的芯材会产生较高的磁通密度,从而可以存储更多的能量。因此,电感值(H)与电感器芯材料的磁导率成正比。


如果芯材料具有高渗透性,则可以在不降低电感值的情况下减小电感器的尺寸和重量。仅增加磁芯的导磁率就可以保留电感器的性能,同时降低电感器磁芯的横截面,从而使整个封装更小,更轻。增加磁芯的导磁率可实现相同的性能,同时线圈的匝数(n)更少,从而使电感器更小,匝数更少,导线也更细(图2)。


磁导率是电感器芯材的关键因素。除空气,叠片铁芯外,还有许多不同类型的电感器铁芯,包括铁,铁氧体,铁粉,金属复合材料和硅钢或“电工钢”。当电感器在不同的功率水平,频率下工作时,这些铁芯材料的反应也不同。和温度。铁芯已经使用了很长时间。铁氧体磁心是一种陶瓷材料,它与氧化铁和其他几种金属混合形成具有高磁导率和良好温度特性的磁心。


铁粉芯由铁颗粒与其他材料混合而成。金属粉末或金属复合材料芯由包括磁性金属颗粒,粘合剂,使颗粒绝缘的涂层以及整个芯中甚至小的均匀分布的气泡的材料制成(图3)。


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图3:金属复合材料磁芯可以由包含磁性金属颗粒,粘合剂和使颗粒绝缘的涂层的材料制成,然后模制成具有高导磁率的电感器芯的任何形状。如果在线圈外侧在线圈周围形成磁芯,则可模压复合材料可以起到屏蔽作用。图片:KEMET)


可以将金属复合材料成形或模制成适合功率电感器优势的几何形状。将金属颗粒与粘结材料混合,模制,然后固化。由于金属复合材料是可模压的,如果在线圈外侧在线圈周围形成磁芯,则它可以起到屏蔽的双重作用。尽管电感器磁芯通常位于线圈的内部,但像这样的磁芯可以用作屏蔽,以减少逸出的磁通量。具有用作屏蔽层的芯的模制电感器可以位于敏感电路附近,从而实现更高密度的设计。复合金属芯材料可以具有高导磁率,从而可以在不影响性能的情况下减小电感器的尺寸。


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