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作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-08-15

電感器是電壓轉換器和穩壓器設計中的關鍵組件。由于它們的能量存儲和恢復作用，它們幾乎出現在每個調節功率的電路中。隨著應用趨向于更小、更緊湊的設計，而這些設計必須越來越節能，設計人員需要更加挑剔地選擇電感器，以適應這些趨勢，同時處理更高的電流。

降低功率損耗和提高效率在很大程度上取決于電感器的設計和磁芯材料。例如，使用微型模制電感器可以減少電感器體積，同時帶來更傳統電感器的所有優點，以及更好的電磁干擾 (EMI) 屏蔽、更高的功率密度和更低的磁芯損耗。

本文簡單介紹一下電感器和電感。然后介紹[Abracon LLC]的微型模制電感器并討論其選擇和應用。

電感器及電感

電感器是兩端無源元件，以磁場的形式存儲和回收能量。它們通常采用纏繞在線圈上的絕緣線的形式。施加到電感器的電流在線圈內產生與該電流成比例的磁場。如果施加的電流發生變化，就會產生隨時間變化的磁場，從而在導體中感應出電動勢 (EMF)。感應電壓的極性與產生感應電壓的電流變化相反。電感器的特征在于其電感，即感應電壓與電流變化率的比值。亨利 (H) 是電感的單位，可以通過創建更多匝數的線圈、構建更大的橫截面、減少線圈長度或使用具有更高磁導率材料的磁芯來增加電感（圖 1）。

決定線圈電感的因素的圖像 圖 1：所示為決定線圈電感的因素。（圖片來源：Abracon）

磁導率是一種磁特性，具有較高磁導率的磁芯材料會產生較高的磁通量密度，從而可以存儲更多的能量。因此，電感量也與電感器磁芯材料的磁導率成正比。高導磁磁芯可以在不降低電感值的情況下減小電感器的尺寸和重量，從而實現更小、更輕的整體封裝。

磁芯材料包括空氣、鐵、鋼、鐵粉、金屬粉末、陶瓷和鐵氧體。鐵氧體是與粉末狀氧化鐵和/或其他粉末狀金屬相結合的陶瓷材料，以提供具有高磁導率的磁芯材料。磁粉芯使用粉末狀磁性金屬與粘合劑和涂層混合。金屬、粘合劑的選擇，甚至混合物中氣泡的含量都決定了所得芯材的滲透性。

電感規格

電源應用中使用的電感器的關鍵規格是電感、直流電阻 (DCR)、飽和電流、溫升電流、額定電流、自諧振頻率 (SRF) 和品質因數 (Q)。

DCR，有時稱為線損，是直流電源電感器的測量電阻。由于導線的長度和橫截面積，DCR 與電感成比例變化。功率電感器的 DCR 通常為數十毫歐 (mΩ)，以確保低傳導損耗。在大多數情況下，DCR 被指定為最大額定值。

隨著通過電感器的電流增加，磁場也成比例增加，直至達到飽和；此時，滲透性開始下降。電流增加超過該點會導致電感下降。飽和電流是電阻下降特定量的標稱電感時的電流。功率電感器通常使用降低10%至30%作為規格限值。

溫升電流被指定為電感器外殼溫度增加 40°C 時的 DC 電平。

額定電流被指定為飽和電流或溫升電流的較低值，允許電感器在兩個限制中的較小者以下運行。

SRF是電感器寄生電容的電抗等于電抗時的頻率。此時，電感器作為并聯諧振電路工作。凈電抗為零，阻抗極高并且完全是電阻性的。在電源應用中，電感器通常在低于其 SRF 的情況下運行。

電感器的 Q 是其效率的衡量標準，是給定頻率下其感抗與其電阻的比率。 Q 值越高意味著損耗越低，并且電感器的行為越接近理想電感器的行為。

模壓功率電感器

模制功率電感器是使用模制技術包圍和封裝電感器線圈的表面貼裝器件 (SMD)。與傳統的繞線電感器不同，模制電感器的磁粉材料被壓入圍繞導體的線圈的模具中。模塑料（通常是粉末金屬和粘合劑）決定了電感器磁芯的磁導率。粉末金屬填充物提供比鐵氧體填充物更柔和的飽和響應。它還提供高效的磁屏蔽，從而實現低磁通泄漏。模制電感器是一種適合惡劣環境的堅固元件，可防止潮濕、灰塵、沖擊和振動。模制電感器不會發出噪音，因為它沒有疊片鐵芯。簡單的，一體式結構具有出色的機械穩定性，并且結構緊湊、重量輕。

Abracon 的迷你模制電感器在尺寸小于 3 毫米 (mm) 的小型封裝中提供了模制電感器的所有優點。除了尺寸緊湊之外，微型模制電感器還具有高功率密度、低磁芯和傳導損耗以及出色的 EMI 屏蔽性能。

AOTA [-B1412 和 AOTA-B2012]系列微型模制電感器的電感范圍為 0.11 至 2.2 微亨 (μH)，封裝尺寸為 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）。這些電感器可處理 1.9 至 6.4 安培 (A) 的額定電流，額定工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C。

AOTA-B2012 系列的一個示例是 Abracon [AOTA-B201208SR11MT]，這是一款 0.11 μH SMD 微型模制電感器，額定電流為 5.6 A，飽和電流為 10 A（圖 2）。它的 DCR 為 13 mΩ，SRF 為 185 兆赫 (MHz)。它安裝在 2.0 mm x 1.2 mm (0.079" x 0.047") 封裝中，安裝高度為 0.8 mm (0.031")。

AOTA-B201208SR11MT 的圖片是典型的 Abracon 迷你模制電感器圖 2：AOTA-B201208SR11MT 是一款典型的 Abracon 微型模制電感器，采用 3 mm 以下 SMD 封裝，可防止潮濕、灰塵、沖擊和振動等環境因素的影響。（圖片來源：Abracon）

[AOTA-B201208S2R2MT]處于 Abracon AOTA-B2012 系列的較高電感范圍，其電感為 2.2 μH，額定電流為 1.8 A，DCR 為 130 mΩ，SRF 為 42 MHz。較高的電感需要更多的匝數，與 AOTA-B201208SR11MT 相比，這會增加 DCR 并降低額定電流和 SRF。封裝尺寸與 AOTA-B201208SR11MT 相同，均為 2.00 mm x 1.20 mm (0.079" x 0.047")，高度為 0.8 mm (0.031")。

Abracon AOTA-B1412 系列的示例包括 AOTA [-B141206SR33MT]和[AOTA-B141206SR47MT]。這些微型模制電感器具有最小的封裝，尺寸為 1.4 mm x 1.2 mm (0.055" x 0.047")，封裝高度僅為 0.65 mm (0.026")。AOTA-B141206SR33MT 的電感為 0.33 μH，額定電流AOTA-B141206SR47MT 的電感為 0.47 μH，額定電流為 2.9 A，DCR 為 32 mΩ，SRF 為 115 MHz。