【導(dǎo)讀】用于電子設(shè)備電源中的小型SMD線圈稱(chēng)為功率電感器。將銅線卷繞在鐵氧體鼓芯上的繞組型以及金屬一體成型型的金屬線圈是該產(chǎn)品主流。與積層型相比，其可使用較粗的銅線，因此可應(yīng)對(duì)更大的電流。
降低功率電感器漏磁通的磁屏蔽特性
用于電子設(shè)備電源中的小型SMD線圈稱(chēng)為功率電感器。將銅線卷繞在鐵氧體鼓芯上的繞組型以及金屬一體成型型的金屬線圈是該產(chǎn)品主流。與積層型相比，其可使用較粗的銅線，因此可應(yīng)對(duì)更大的電流。
在磁性體的磁環(huán)磁芯(圈狀磁芯)上進(jìn)行卷繞，并流過(guò)電流時(shí)，磁通將會(huì)在磁芯內(nèi)部進(jìn)行回流。這種磁路稱(chēng)為閉合磁路。使用棒狀或鼓狀磁芯時(shí)，磁通將從磁芯內(nèi)部流出至外部，成為漏磁通(leakage flux)，并再次回到磁芯中，形成一個(gè)環(huán)狀。這稱(chēng)為開(kāi)放磁路。
在電子設(shè)備中，電感器的漏磁通與其他線圈或配線圖案等發(fā)生磁耦合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電感發(fā)生變化，或形成噪音。尤其在流過(guò)大電流的功率電感器中，由于漏磁通更大，因此很多產(chǎn)品中均采用了各種磁屏蔽結(jié)構(gòu)，以盡可能防止磁通泄漏至外部。
從磁屏蔽方面來(lái)看，功率電感器可分類(lèi)為以下幾種類(lèi)型。
表1 從磁屏蔽方面分類(lèi)的功率電感器類(lèi)型
| 無(wú)屏蔽型 | 僅僅在鼓芯上進(jìn)行卷繞，幾乎沒(méi)有磁屏蔽的類(lèi)型。 |
|---|---|
| 樹(shù)脂屏蔽（半屏蔽）型 | 通過(guò)混煉了鐵氧體或軟磁性金屬等磁性粉的樹(shù)脂，在所卷繞鼓芯周?chē)M(jìn)行成型的類(lèi)型。雖然磁屏蔽效果有限，但擁有能夠降低成本的優(yōu)點(diǎn)。 |
| 全屏蔽型 | 通過(guò)將鐵氧體屏蔽磁芯覆蓋在鼓芯周?chē)纬山咏]合磁路結(jié)構(gòu)的類(lèi)型。但磁屏蔽并不完美，屏蔽磁芯與鼓芯結(jié)合部的氣隙以及端子部會(huì)發(fā)生漏磁通。屏蔽磁芯擁有環(huán)型、L型等各個(gè)形狀，除了漏磁通強(qiáng)度及分布之外，成本也會(huì)因結(jié)構(gòu)而有所不同。 |
| 金屬一體成型型 | 其并非使用了鼓芯的繞組型，而是制作空心線圈，并將其埋設(shè)在與粘合劑（耦合材料）混合的軟磁性金屬粉中進(jìn)行一體成型的類(lèi)型。由于沒(méi)有氣隙，因此其減少漏磁通的效果優(yōu)于全屏蔽型。但其表面等會(huì)發(fā)生極少的漏磁通。 |
圖1 開(kāi)放磁路結(jié)構(gòu)以及閉合磁路結(jié)構(gòu)的功率電感器
通過(guò)近磁場(chǎng)分析將功率電感器的漏磁通表現(xiàn)為3D圖形
在同時(shí)考慮成本、性能以及尺寸等時(shí)，選擇哪種類(lèi)型的功率電感器成為困擾設(shè)計(jì)者們的問(wèn)題。TDK通過(guò)使用近磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量功率電感器的漏磁通，并將其可視化，幫助客戶(hù)選擇最為適合的功率電感器。
圖2所示為該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。
使用帶微小環(huán)狀天線的磁場(chǎng)探針，以半個(gè)功率電感器高度掃描貼裝在DC-DC轉(zhuǎn)換器評(píng)估板上的功率電感，測(cè)量功率電感器周邊磁場(chǎng)強(qiáng)度。得到的時(shí)間波形數(shù)據(jù)通過(guò)光譜分析儀轉(zhuǎn)換為光譜波形，并將其轉(zhuǎn)換為3D圖形顯示在屏幕上。
圖2 功率電感器周邊近磁場(chǎng)的測(cè)量及可視化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
漏磁通極少的金屬一體成型SPM系列
將TDK功率電感器的代表產(chǎn)品VLS-EX系列、CLF-NI系列、SPM系列的漏磁通可視化的3D圖形如圖3所示。
圖3 3款TDK功率電感器產(chǎn)品的近磁場(chǎng)3D圖形
VLS-EX系列為樹(shù)脂屏蔽(半屏蔽)，CLF-NI系列為全屏蔽，SPM系列為金屬一體成型的功率電感器。測(cè)量使用的尺寸基本相同。
水平磁場(chǎng)擁有方向性，環(huán)狀天線面與磁通垂直相交時(shí)，環(huán)狀天線的電動(dòng)勢(shì)為最大。因此，對(duì)于水平磁場(chǎng)，將探針旋轉(zhuǎn)至四個(gè)方向（每45°），測(cè)量最大電壓。
越接近紅色磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，越接近藍(lán)色則越小。在水平方向以及垂直方向，CLF-NI產(chǎn)品比VLS-EX產(chǎn)品的磁場(chǎng)強(qiáng)度小，漏磁通更少，而SPM產(chǎn)品則比CLF-NI產(chǎn)品的磁場(chǎng)強(qiáng)度小，漏磁通更少。
功率電感器漏磁通對(duì)策重點(diǎn)
即使是閉合磁路結(jié)構(gòu)的磁屏蔽型，也不可能不產(chǎn)生漏磁通。漏磁通取決于線圈的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在縱向卷繞線圈中，由于極性也會(huì)有所影響，因此在于信號(hào)相互增強(qiáng)的方向以及相互減弱的方向中，漏磁通的影響也各不相同。無(wú)論是無(wú)屏蔽型、半屏蔽型還是全屏蔽型的功率電感器，都需要注意周?chē)盘?hào)線的配線。
若仔細(xì)設(shè)計(jì)之后仍然未能降低來(lái)自功率電感器漏磁通的影響時(shí)，請(qǐng)嘗試以下對(duì)策。
●嘗試改變線圈極性
●嘗試改變配線圖形
●嘗試更換為屏蔽效果更好的產(chǎn)品
●嘗試更換為更為小型的產(chǎn)品(可降低漏磁通的影響)
TDK的金屬一體成型型SPM系列功率電感器的漏磁通較少，適合必須配置在信號(hào)線附近，或因使用了樹(shù)脂外殼導(dǎo)致從箱體中發(fā)出噪音時(shí)使用。同時(shí)，與全屏蔽型相比，由于一體成型結(jié)構(gòu)沒(méi)有磁芯組合，因此還可有效降低拍音。
使用了鐵氧體磁芯的功率電感器的特點(diǎn)在于，電感的種類(lèi)更多，可應(yīng)對(duì)較高的電感值。其量產(chǎn)性?xún)?yōu)異，多用于各類(lèi)設(shè)備中。
各類(lèi)型功率電感器擁有各自的特長(zhǎng)與優(yōu)點(diǎn)。請(qǐng)區(qū)分使用，使其各得其所，從而為產(chǎn)品制造提供支持。
（來(lái)源：TDK Product Center）
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