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功率电感:功率电感器的发展趋势如何?

功率电感:功率电感器的发展趋势如何?

功率电感:在便携式电子产品的电源设计中,挑战不仅在于提高电源的工作效率,而且在于减小电源的体积,即设计电源设计中使用的功率电感。解决这一问题的方法之一是提高DC/DC变换器的开关频率,这是实现低电感、小尺寸器件的关键。功率电感值越低,负载波动引起的瞬态响应越大。在这种情况下,由于负载波动引起的瞬态响应较快,低电感值会因高频而移动。

功率电感

然而,增加开关频率也会增加开关损耗,这也会降低工作效率。由于其他重要电路设计之间的相互作用将影响器件的性能,因此仅增加开关频率并不容易。

近期,开关频率一直保持在500KHz左右,电感为4.7~10μH。这些因素包括提供更好的电路设计、改进材料和制造技术,使开关频率保持在1MHz以下。然而,内部电路的进一步细化使得开关频率高达3MHz,但电感值也低于2.0h。据估计,6~8MHz的开关频率和1H以下的电感值并不常见,这导致了电感的显著小型化。

当电子设备变得高性能时,它将降低LSI电源电压以实现低功耗和高速。当电源电压下降时,要求的电压变化值将变得更严格。为了满足这一要求,对高性能DC-DC变换器的需求越来越大,而功率电感是影响其性能的重要元件。

电感器(线圈)可以使直流电流顺畅流动,对于变化的电流,它将产生一个电动势,阻止其变化。这叫做自感。对于交流电流,频率越高,越难通过。因此,当电流流过电感器时,它将被存储为能量,而当屏蔽电流时,它将释放能量。功率电感器利用了这一特性,主要用于DC-DC转换器等功率电路中。

功率电感的设计难点在于其特性随电流或温度的变化而变化。例如,电感(L)具有随电流增加而减小的特性(直流重叠特性)。同时,随着电流的增加,温度会升高,导致磁芯的磁导率(μ)和饱和磁通密度(BS)发生变化。即使电感值相同,直流电阻(RDC)值也会随着绕组的厚度和匝数而变化,加热程度也会不同。此外,磁屏蔽结构的不同也会影响噪声特性。

这些参数之间存在复杂的权衡。从DC-DC变换器效率、尺寸和成本的综合角度选择较佳的功率电感是非常重要的。

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