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功率電感器選型指南(漏磁通)

降低功率電感器漏磁通的磁屏蔽特性

用于電子設備電源中的小型SMD線(xiàn)圈稱(chēng)為功率電感器。將銅線(xiàn)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(xiàn)圈是該產(chǎn)品主流。與積層型相比,其可使用較粗的銅線(xiàn),因此可應對更大的電流。

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。

在電子設備中,電感器的漏磁通與其他線(xiàn)圈或配線(xiàn)圖案等發(fā)生磁耦合時(shí),會(huì )導致電感發(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構,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)?,形成接近閉合磁路結構的類(lèi)型。但磁屏蔽并不**,屏蔽磁芯與鼓芯結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,除了漏磁通強度及分布之外,成本也會(huì )因結構而有所不同。
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(xiàn)圈,并將其埋設在與粘合劑(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。

通過(guò)近磁場(chǎng)分析將功率電感器的漏磁通表現為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計者們的問(wèn)題。TDK通過(guò)使用近磁場(chǎng)測量系統測量功率電感器的漏磁通,并將其可視化,幫助客戶(hù)選擇zui為適合的功率電感器。

圖2所示為該系統的基本結構。

使用帶微小環(huán)狀天線(xiàn)的磁場(chǎng)探針,以半個(gè)功率電感器高度掃描貼裝在DC-DC轉換器評估板上的功率電感,測量功率電感器周邊磁場(chǎng)強度。得到的時(shí)間波形數據通過(guò)光譜分析儀轉換為光譜波形,并將其轉換為3D圖形顯示在屏幕上。


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。


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(xiàn)面與磁通垂直相交時(shí),環(huán)狀天線(xiàn)的電動(dòng)勢為zui大。因此,對于水平磁場(chǎng),將探針旋轉至四個(gè)方向(每45°),測量zui大電壓。
越接近紅色磁場(chǎng)強度越大,越接近藍色則越小。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)強度小,漏磁通更少,而SPM產(chǎn)品則比CLF-NI產(chǎn)品的磁場(chǎng)強度小,漏磁通更少。

功率電感器漏磁通對策重點(diǎn)

即使是閉合磁路結構的磁屏蔽型,也不可能不產(chǎn)生漏磁通。漏磁通取決于線(xiàn)圈的結構。同時(shí),在縱向卷繞線(xiàn)圈中,由于極性也會(huì )有所影響,因此在于信號相互增強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)盘柧€(xiàn)的配線(xiàn)。

若仔細設計之后仍然未能降低來(lái)自功率電感器漏磁通的影響時(shí),請嘗試以下對策。

●嘗試改變線(xiàn)圈極性
●嘗試改變配線(xiàn)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線(xiàn)附近,或因使用了樹(shù)脂外殼導致從箱體中發(fā)出噪音時(shí)使用。同時(shí),與全屏蔽型相比,由于一體成型結構沒(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,可應對較高的電感值。其量產(chǎn)性?xún)?yōu)異,多用于各類(lèi)設備中。

各類(lèi)型功率電感器擁有各自的特長(cháng)與優(yōu)點(diǎn)。請區分使用,使其各得其所,從而為產(chǎn)品制造提供支持。



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