使用微型模制电感器节省空间、减少损耗并提高电源完整性和效率-电子发烧友网

作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美编辑

2024-08-15

电感器是电压转换器和稳压器设计中的关键组件。由于它们的能量存储和恢复作用，它们几乎出现在每个调节功率的电路中。随着应用趋向于更小、更紧凑的设计，而这些设计必须越来越节能，设计人员需要更加挑剔地选择电感器，以适应这些趋势，同时处理更高的电流。

降低功率损耗和提高效率在很大程度上取决于电感器的设计和磁芯材料。例如，使用微型模制电感器可以减少电感器体积，同时带来更传统电感器的所有优点，以及更好的电磁干扰 (EMI) 屏蔽、更高的功率密度和更低的磁芯损耗。

本文简单介绍一下电感器和电感。然后介绍[Abracon LLC]的微型模制电感器并讨论其选择和应用。

电感器及电感

电感器是两端无源元件，以磁场的形式存储和回收能量。它们通常采用缠绕在线圈上的绝缘线的形式。施加到电感器的电流在线圈内产生与该电流成比例的磁场。如果施加的电流发生变化，就会产生随时间变化的磁场，从而在导体中感应出电动势 (EMF)。感应电压的极性与产生感应电压的电流变化相反。电感器的特征在于其电感，即感应电压与电流变化率的比值。亨利 (H) 是电感的单位，可以通过创建更多匝数的线圈、构建更大的横截面、减少线圈长度或使用具有更高磁导率材料的磁芯来增加电感（图 1）。

决定线圈电感的因素的图像 图 1：所示为决定线圈电感的因素。（图片来源：Abracon）

磁导率是一种磁特性，具有较高磁导率的磁芯材料会产生较高的磁通量密度，从而可以存储更多的能量。因此，电感量也与电感器磁芯材料的磁导率成正比。高导磁磁芯可以在不降低电感值的情况下减小电感器的尺寸和重量，从而实现更小、更轻的整体封装。

磁芯材料包括空气、铁、钢、铁粉、金属粉末、陶瓷和铁氧体。铁氧体是与粉末状氧化铁和/或其他粉末状金属相结合的陶瓷材料，以提供具有高磁导率的磁芯材料。磁粉芯使用粉末状磁性金属与粘合剂和涂层混合。金属、粘合剂的选择，甚至混合物中气泡的含量都决定了所得芯材的渗透性。

电感规格

电源应用中使用的电感器的关键规格是电感、直流电阻 (DCR)、饱和电流、温升电流、额定电流、自谐振频率 (SRF) 和品质因数 (Q)。

DCR，有时称为线损，是直流电源电感器的测量电阻。由于导线的长度和横截面积，DCR 与电感成比例变化。功率电感器的 DCR 通常为数十毫欧 (mΩ)，以确保低传导损耗。在大多数情况下，DCR 被指定为最大额定值。

随着通过电感器的电流增加，磁场也成比例增加，直至达到饱和；此时，渗透性开始下降。电流增加超过该点会导致电感下降。饱和电流是电阻下降特定量的标称电感时的电流。功率电感器通常使用降低10%至30%作为规格限值。

温升电流被指定为电感器外壳温度增加 40°C 时的 DC 电平。

额定电流被指定为饱和电流或温升电流的较低值，允许电感器在两个限制中的较小者以下运行。

SRF是电感器寄生电容的电抗等于电抗时的频率。此时，电感器作为并联谐振电路工作。净电抗为零，阻抗极高并且完全是电阻性的。在电源应用中，电感器通常在低于其 SRF 的情况下运行。

电感器的 Q 是其效率的衡量标准，是给定频率下其感抗与其电阻的比率。 Q 值越高意味着损耗越低，并且电感器的行为越接近理想电感器的行为。

模压功率电感器

模制功率电感器是使用模制技术包围和封装电感器线圈的表面贴装器件 (SMD)。与传统的绕线电感器不同，模制电感器的磁粉材料被压入围绕导体的线圈的模具中。模塑料（通常是粉末金属和粘合剂）决定了电感器磁芯的磁导率。粉末金属填充物提供比铁氧体填充物更柔和的饱和响应。它还提供高效的磁屏蔽，从而实现低磁通泄漏。模制电感器是一种适合恶劣环境的坚固元件，可防止潮湿、灰尘、冲击和振动。模制电感器不会发出噪音，因为它没有叠片铁芯。简单的，一体式结构具有出色的机械稳定性，并且结构紧凑、重量轻。

Abracon 的迷你模制电感器在尺寸小于 3 毫米 (mm) 的小型封装中提供了模制电感器的所有优点。除了尺寸紧凑之外，微型模制电感器还具有高功率密度、低磁芯和传导损耗以及出色的 EMI 屏蔽性能。

AOTA [-B1412 和 AOTA-B2012]系列微型模制电感器的电感范围为 0.11 至 2.2 微亨 (µH)，封装尺寸为 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）。这些电感器可处理 1.9 至 6.4 安培 (A) 的额定电流，额定工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。

AOTA-B2012 系列的一个示例是 Abracon [AOTA-B201208SR11MT]，这是一款 0.11 µH SMD 微型模制电感器，额定电流为 5.6 A，饱和电流为 10 A（图 2）。它的 DCR 为 13 mΩ，SRF 为 185 兆赫 (MHz)。它安装在 2.0 mm x 1.2 mm (0.079" x 0.047") 封装中，安装高度为 0.8 mm (0.031")。

AOTA-B201208SR11MT 的图片是典型的 Abracon 迷你模制电感器图 2：AOTA-B201208SR11MT 是一款典型的 Abracon 微型模制电感器，采用 3 mm 以下 SMD 封装，可防止潮湿、灰尘、冲击和振动等环境因素的影响。（图片来源：Abracon）

[AOTA-B201208S2R2MT]处于 Abracon AOTA-B2012 系列的较高电感范围，其电感为 2.2 µH，额定电流为 1.8 A，DCR 为 130 mΩ，SRF 为 42 MHz。较高的电感需要更多的匝数，与 AOTA-B201208SR11MT 相比，这会增加 DCR 并降低额定电流和 SRF。封装尺寸与 AOTA-B201208SR11MT 相同，均为 2.00 mm x 1.20 mm (0.079" x 0.047")，高度为 0.8 mm (0.031")。

Abracon AOTA-B1412 系列的示例包括 AOTA [-B141206SR33MT]和[AOTA-B141206SR47MT]。这些微型模制电感器具有最小的封装，尺寸为 1.4 mm x 1.2 mm (0.055" x 0.047")，封装高度仅为 0.65 mm (0.026")。AOTA-B141206SR33MT 的电感为 0.33 µH，额定电流AOTA-B141206SR47MT 的电感为 0.47 µH，额定电流为 2.9 A，DCR 为 32 mΩ，SRF 为 115 MHz。