电感器(线圈)

考虑了漏磁通的功率电感器选型指南

降低功率电感器漏磁通的磁屏蔽特性

用于电子设备电源中的小型SMD线圈称为功率电感器。将铜线卷绕在铁氧体鼓芯上的绕组型以及金属一体成型型的金属线圈是该产品主流。与积层型相比,其可使用较粗的铜线,因此可应对更大的电流。
在磁性体的磁环磁芯(圈状磁芯)上进行卷绕,并流过电流时,磁通将会在磁芯内部进行回流。这种磁路称为闭合磁路。使用棒状或鼓状磁芯时,磁通将从磁芯内部流出至外部,成为漏磁通(leakage flux),并再次回到磁芯中,形成一个环状。这称为开放磁路。
在电子设备中,电感器的漏磁通与其他线圈或配线图案等发生磁耦合时,会导致电感发生变化,或形成噪音。尤其在流过大电流的功率电感器中,由于漏磁通更大,因此很多产品中均采用了各种磁屏蔽结构,以尽可能防止磁通泄漏至外部。
从磁屏蔽方面来看,功率电感器可分类为以下几种类型。

表1 从磁屏蔽方面分类的功率电感器类型
无屏蔽型 仅仅在鼓芯上进行卷绕,几乎没有磁屏蔽的类型。
树脂屏蔽(半屏蔽)型 通过混炼了铁氧体或软磁性金属等磁性粉的树脂,在所卷绕鼓芯周围进行成型的类型。虽然磁屏蔽效果有限,但拥有能够降低成本的优点。
全屏蔽型 通过将铁氧体屏蔽磁芯覆盖在鼓芯周围,形成接近闭合磁路结构的类型。但磁屏蔽并不完美,屏蔽磁芯与鼓芯结合部的气隙以及端子部会发生漏磁通。屏蔽磁芯拥有环型、L型等各个形状,除了漏磁通强度及分布之外,成本也会因结构而有所不同。
金属一体成型型 其并非使用了鼓芯的绕组型,而是制作空心线圈,并将其埋设在与粘合剂(耦合材料)混合的软磁性金属粉中进行一体成型的类型。由于没有气隙,因此其减少漏磁通的效果优于全屏蔽型。但其表面等会发生极少的漏磁通。

图1 开放磁路结构以及闭合磁路结构的功率电感器

图1 开放磁路结构以及闭合磁路结构的功率电感器

通过近磁场分析将功率电感器的漏磁通表现为3D图形

在同时考虑成本、性能以及尺寸等时,选择哪种类型的功率电感器成为困扰设计者们的问题。TDK通过使用近磁场测量系统测量功率电感器的漏磁通,并将其可视化,帮助客户选择最为适合的功率电感器。

图2所示为该系统的基本结构。
使用带微小环状天线的磁场探针,以半个功率电感器高度扫描贴装在DC-DC转换器评估板上的功率电感,测量功率电感器周边磁场强度。得到的时间波形数据通过光谱分析仪转换为光谱波形,并将其转换为3D图形显示在屏幕上。

图2 功率电感器周边近磁场的测量及可视化系统的结构

图2 功率电感器周边近磁场的测量及可视化系统的结构

漏磁通极少的金属一体成型SPM系列

将TDK功率电感器的代表产品VLS-EX系列、CLF-NI系列、SPM系列的漏磁通可视化的3D图形如图3所示。