新磁芯资料有助于推进最佳挑选
作者：Alex Nebel，轿车GAM现场运用工程师，基美电子（KEMET）
在为给定运用挑选最佳元件时，能够说电容器比其他类型的无源元件更受重视。可是，在有电容器的当地一般会有一个电感器，其原因是为了让电气体系正常作业，一般需求运用电容器的静电特性以及电感器的电磁特性。
现在，铁氧体磁芯和金属复合电感器的最新发展，为规划人员供给了更多挑选和更大功率，以便优化其电路的功用、可靠性和本钱。
电感器根底
在最基本的方式中，电感器能够像导线线圈相同简略。经过在磁芯周环绕制导线，能够使电感值倍增。磁芯的资料特性对电感值有很大的影响，还能够经过规划形状来优化电感的特性。
当在电感器两头施加电压时，电流的上升速率与电压和电感值有关。1亨利（1H）电感器上若有1V电势，则会使电流以每秒1A的速度添加。这儿适用的公式是：V=L*di/dt。
电感器具有重要的特性，工程师能够运用它们来办理能量和操控信号。电感器的首要特性包括：
·与电阻器不同，与感应电流有关的电能不会以热量方式发出，而是会存储在相关的磁场中。当电感器电流中止时，它会回来电路。
·电感器的行为与频率有关。
·当磁场存储了它所能包容的能量时，电感器就会“饱满”。尔后，若电流再有任何添加，磁场强度都不会添加，而且剩余的电能会以热量方式发出。
运用这些特性，电感器一般用于模仿滤波电路，以及用来办理开关电源转化运用中的能量流。
当电路规划人员企图将更多功用塞进越来越小的空间或添加功率密度时，需求电感器能够以较小的元件尺度供给高电感值。一起，为了防止功率损耗和功率下降，有必要要将直流电阻（DCR）等有害寄生效应降至最小，而且在温度改变和整个作业电流范围内，应使参数坚持相对安稳。磁芯资料功用的进步使电感制作商能够满意这些要求。
与任何工程应战相同，优化磁芯资料特性触及折衷，即尽管在某些方面进步了功用，但在其他方面却要接受权衡。尽管业界开发了新的磁芯资料技能，例如烧结金属粉末磁芯，但传统的铁氧体磁芯所供给的优势仍将持续具有吸引力。跟着制作商找到新的方法来优化器材特性并经过更精密的制作公役来更严厉地操控参数，铁氧体磁芯电感器也在不断发展和改进。
现在一般运用两种首要的惯例铁氧体资料配方：镍锌（Ni-Zn）和锰锌（Mn-Zn）。Ni-Zn铁氧体一般会有更好的磁芯电阻，而其他元件参数（包括饱满特性、热特性和与尺度有关的电感）则较晦气。另一方面，Mn-Zn磁芯可完成高单位体积电感和高功率，而饱满特性、散热功用和磁芯电阻则不那么强。
新铁氧体磁芯技能
为了明显下降与Mn-Zn铁氧体电感器有关的DCR和铁芯损耗，基美电子（KEMET）发明了一种新式电感器，称为拼装铁氧体。它们由两部分磁芯和一条直接端子扁平导线组成，如图1所示。这些器材结合了Mn-Zn电感器的大电感和高功率优势，具有低DCR和低铁损。
这种结构使笔直定向电感器的呈现成为可能，例如宽度仅为6.0mm的TPI系列。这种器材比传统的电感器小2.0mm，可在大功率运用中节约很多空间，例如CPU负载点（POL）转化器需求在POL和CPU引脚之间的区域运用多个电感器进行直流优化。尽管器材邻近的空间变得极为有限，但最好仍是将电感器接近引脚放置，然后最大程度地减小直流线路损耗。在与三个惯例电感器所占相同的PCB面积内，能够放置四个超薄TPI电感器。
图1：拼装铁氧体电感器。
金属复合磁芯
另一方面，业界已开发出新式金属复合磁芯资料，其饱满及散热功用要比铁氧体器材更好。金属复合电感器的磁芯由铁粉组成，其磁芯形状是经过将这些铁粉与粘合剂混合后约束构成。
此外，高磁导率的磁芯资料能够使电感器的DCR下降，因而在大电流下作业时其自发热下降。这样既能够进步体系功率，又能够削减对散热器等散热办理器材的依靠（表1）。
表1：盛行的电感器磁芯技能比较。
在比较Mn-Zn铁氧体和金属复合电感器的电感和饱满特性时，Mn-Zn铁氧体表现出更高的标称电感值。这一般关于电流是安稳的，可是一旦到达饱满电流，电感就会急剧下降。在较高温度下，饱满电流也会明显下降。金属复合电感器尽管相关于元件尺度表现出较低的标称电感，但具有更渐进的饱满特性并展现出更高的温度安稳性（图2）。
图2：铁氧体和金属复合资料的饱满电流和温度安稳性比较。
基美电子最近推出了一种新的METCOM电感器系列，该系列包括100多种器材，电感值从0.10µH到47.00µH，DCR值低至1.5mΩ。这些电感器可在-55℃至+155℃的温度范围内作业，封装尺度小至5.3mm×5.00mm×2.0mm，因而适用于密布封装的电源运用，并能够在从远低于零度到很高温度的工业或轿车引擎室内等应战性环境中进行布置。
在典型的既定电感器结构中，线圈是缠绕在磁芯上，而METCOM磁芯则是在线圈上构成（图3）。这将创立一个不导电的外层，构成屏蔽效果，而将磁通量操控在电感器体内。这样就能够进步作业功率。EMI功用也可得到改进，然后最大程度地削减对周围电路的搅扰。
图3：METCOM电感器的结构。
满意轿车温度和空间约束
轿车的引擎室或车舱等方位常暴露在阳光直射下，因而这类运用中所用的元器材很简单接受高温。METCOM电感器在很宽的作业温度范围内都具有超卓的安稳性，因而能够在轿车运用中供给超卓的功用。
另一方面，在需求大电感但空间约束十分严厉的当地，TPI系列铁氧体电感器等解决方案能够节约空间，然后满意重要的电气功用要求。
总结
直接端子拼装铁氧体电感器的到来，以及——得益于超卓的饱满与散热特性以及固有EMI屏蔽的优势——金属复合电感器所获得的发展，使电感器磁芯技能之间的传统距离变得含糊。现在，不管是对以功率为中心、尺度受限的核算和数据中心运用，仍是对轿车空间这样尺度受限且对温度灵敏的运用来说，相较于以往，规划人员都具有更多的挑选来应对各种电源转化的应战。
